脂肪肝進行の時系列トランスオミクス解析による理解

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03237
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 久保田 浩行 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (40376603)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: トランスオミクス解析 / 脂肪肝 / 肥満 / システム生物学

Outline of Annual Research Achievements

脂肪肝はインスリン抵抗性や非アルコール性脂肪肝炎・肝ガンの原因である。これまでに食餌性肥満誘導マウス（DIOマウス）を用いて複数のオーム階層の網羅的な解析が行われてきた。本申請ではDIOマウスを用いて脂肪肝の多階層に跨る時系列データから多階層ネットワークを同定・数理モデルを作成することで肥満進行の全体像を理解するだけでなく、多階層オミクスデータの解析手法を開発することを目的としている。既に取得した5～20週齢の肥満誘導マウスとコントロールマウス、合計40個体の肝臓サンプルからエピゲノム（H3K4me3, H3K27ac）、トランスクリプトーム、リン酸化プロテオーム、メタボロームのデータを取得した。肥満誘導を行った肝臓サンプルからこれだけの時系列、オミクスデータを取得した例はなく貴重なリソースとなる。今後、プロテオームを取得し、データの解析を進める。また、健常マウスと肥満マウスを用いたトランスオミクス解析の比較により、健常状態と肥満状態における肝臓での血糖制御ネットワークの変化は非常に広範に及ぶことを明らかにした。また、微分方程式モデルによる階層間の統合手法を考案し、エピゲノム（H3K4me3, H3K27ac）とトランスクリプトームのデータで確認した。その結果、階層間の上流分子以外の寄与の有無と、寄与の開始時期を推定することができた。今後、トランスクリプトーム、プロテオームの階層へと拡張する。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナウイルスの影響により研究協力機関からプロテオームの実施が困難との連絡があり、年度内に事業を完了することが困難となったため、プロテオームの取得遅延分遅れている。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究推進のため、引き続き研究計画に則り進めていく。

Research Products

• [Journal Article] 2.Transomics analysis reveals allosteric and gene regulation axes for altered hepatic glucose-responsive metabolism in obesity. (2020)
  • Author(s): Kokaji T, Hatano A, Ito Y., Yugi K, Eto M, Morita K, Ohno S, Fujii M, Hironaka K, Egami R, Terakawa A, Tsuchiya T, Ozaki H, Inoue H, Uda S, Kubota H, Suzuki Y, Ikeda K, Arita M, Matsumoto M, Nakayama K, Hirayama A, Soga T, and Kuroda S.
  • Journal Title: Science Signaling Volume: 13 Pages: eaaz1236
  • DOI: 10.1126/scisignal.aaz1236
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 1.Single-Cell Information Analysis Reveals That Skeletal Muscles Incorporate Cell-to-Cell Variability as Information Not Noise. (2020)
  • Author(s): Wada T, Hironaka K, Wataya M, Fujii M, Eto M, Uda S, Hoshino D, Kunida K, Inoue H, Kubota H, Takizawa T, Karasawa Y, Nakatomi H, Saito N, Hamaguchi H, Furuichi Y, Manabe Y, Fujii NL, and Kuroda S
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 32 Pages: 108051
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108051
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] トランスオミクス解析を用いた疾患の理解 (2021)
  • Author(s): 久保田 浩行
  • Organizer: 日本脳卒中学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Selective regulation of the Insulin-AKT pathway by simultaneous processing of blood insulin pattern in the liver. (2020)
  • Author(s): Hiroyuki Kubota
  • Organizer: Fusion of Mathematics and Biology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Comparison of hepatic responses to glucose perturbation between normal and obese mice using edge ontology. (2020)
  • Author(s): Yuki Ito, Shinsuke Uda, Toshiya Kokaji, Akiyoshi Hirayama, Tomoyoshi Soga, Yutaka Suzuki, Shinya Kuroda and Hiroyuki Kubota
  • Organizer: Fusion of Mathematics and Biology
  • Int'l Joint Research
• [Book] 医薬品開発におけるオミクス解析技術 (2020)
  • Author(s): 久保田浩行
  • Total Pages: 181
  • Publisher: 情報機構