Trans-omic analysis of metabolic adaptation

• Project Area: Transomic Analysis of Metabolic Adaptation
• Project/Area Number: 17H06299
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 黒田 真也 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50273850)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 角田 達彦 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (10273468) ; 岡田 眞里子 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (10342833) ; 馬場 健史 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (10432444) ; 鈴木 穣 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (40323646) ; 松田 史生 大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (50462734) ; 伊藤 隆司 九州大学, 医学研究院, 教授 (90201326) ; 中山 敬一 九州大学, 生体防御医学研究所, 主幹教授 (80291508)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥156,520,000 (Direct Cost: ¥120,400,000、Indirect Cost: ¥36,120,000); Fiscal Year 2021: ¥34,970,000 (Direct Cost: ¥26,900,000、Indirect Cost: ¥8,070,000); Fiscal Year 2020: ¥34,970,000 (Direct Cost: ¥26,900,000、Indirect Cost: ¥8,070,000); Fiscal Year 2019: ¥34,970,000 (Direct Cost: ¥26,900,000、Indirect Cost: ¥8,070,000); Fiscal Year 2018: ¥31,980,000 (Direct Cost: ¥24,600,000、Indirect Cost: ¥7,380,000); Fiscal Year 2017: ¥19,630,000 (Direct Cost: ¥15,100,000、Indirect Cost: ¥4,530,000)
• Keywords: トランスオミクス / 代謝 / 代謝アダプテーション / オミクス計測

Outline of Annual Research Achievements

本領域では、糖尿病を含むメタボリックシンドローム・がん・老化・炎症性疾患などの各種病態や薬剤応答などで見られる特有の代謝アダプテーション（A01代謝アダプテーション）を、DNA・RNA・タンパク質の階層をまたぐトランスオミクス解析技術（A02トランスオミクス解析技術開発）により明らかにする。総括班は、この両者の効率的な運営による本領域の推進を行う。

研究推進体制構築：本領域は、A01代謝アダプテーションとA02トランスオミクス解析技術開発からなる。代謝アダプテーションに関するそれぞれの生命現象を縦串とすると、トランスオミクスはすべての現象に共通するアプローチなので横串であると言える。域内での密接な連携のため、総括班の下に各種オミクス計測センターとオミクスデータ解析センター（数理モデル、統計解析）を設置して、計画班間の密接な連携を促進して、トランスオミクス解析がシームレスに行える研究体制を確保した。コロナ禍で混乱が生じたものの、各研究班はオンラインも活用して有機的に連携して、共同研究も思いのほか加速した。特にいわゆるドライのデータ解析はオンラインのほうがスムーズ行くことも多く、生産性が逆に向上した場合も見受けられた。この利点を活かし研究において新たにニューノーマルのスタイルの構築を行いたい。

領域全体班会議 ：研究の進捗だけでなく、代謝アダプテーションのニーズと、トランスオミクスイ技術のシーズのマッチングをオンラインで行った。アウトリーチ活動：各種学会での領域主催シンポジウム・ワークショップなどもオンラインで継続してアウトリーチ活動も積極的に行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究推進体制、領域班会議、アウトリーチ活動など当初の計画は順調に進んでおり、期待通りの成果が得られている。

Strategy for Future Research Activity

【今後の計画・方法】オミクス計測センター、解析センターの設置：今後も二つのセンターを継続して設置して、総括班が主導して公募班を含め各研究間のマッチングを行い、トランスオミクス計測・解析をシームレスに行う。トランスオミクス計測センター：メタボローム（馬場、松田）、プロテオーム（黒田）、トランスクリプトーム（鈴木）、エピゲノム（伊藤）、ゲノム（鈴木）トランスオミクスデータ解析センター：数理モデル（黒田、岡田、中山、松田）、統計解析（角田）
若手人材養成：トランスオミクスデータ計測・解析をシームレスでこなせる若手研究者を育てる。若手合宿を通じて計画班および公募班も踏まえて異分野交流を積極的に推進して、バイオロジーの文脈に即したトランスオミクスデータ計測・解析をシームレスにこなせる人材の育成を行う。
領域全体班会議：領域全体班会議（非公開）では、未発表データを含めて進捗報告を行い、最新状況を共有する。また代謝アダプテーションのトランスオミクス解析のニーズと、トランスオミクス技術のシーズを拾い上げ、総括班がマッチングを行う。
国際的なネットワークの構築、国内外への積極的な情報発信などの取組：毎年行っている国際シンポジウムを今後もオンラインを中心に継続して開催する。本領域が国際シンポジウムや海外からの研究者を招聘することにより国際的なネットワークを構築する。国内でもシンポジウム・チュートリアルをオンラインを中心に行い当該分野の促進を行う。

Research Products

• [Journal Article] Four features of temporal patterns characterize similarity among individuals and molecules by glucose ingestion in humans. (2022)
  • Author(s): Fujita, S., Karasawa, Y., Fujii, M., Hironaka, K., Uda, S., Kubota, H., Inoue, H., Sumitomo, Y., Hirayama, A., Soga, T., & Kuroda, S.
  • Journal Title: Npj Systems Biology and Applications Volume: 8(1) Pages: 1-16
  • DOI: 10.1038/s41540-022-00213-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multi-omics-based label-free metabolic flux inference reveals obesity-associated dysregulatory mechanisms in liver glucose metabolism. (2022)
  • Author(s): Uematsu, S., Ohno, S., Tanaka, K. Y., Hatano, A., Kokaji, T., Ito, Y., Kubota, H., Hironaka, K., Suzuki, Y., Matsumoto, M., Nakayama, K. I., Hirayama, A., Soga, T., and Kuroda, S.
  • Journal Title: iScience Volume: 103787 Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.103787
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fat Induces Glucose Metabolism in Nontransformed Liver Cells and Promotes Liver Tumorigenesis (2021)
  • Author(s): Broadfield,L.A., Lambrechts, D., di Bernardo, D., Kuroda, S., De Bock, K., and Fendt, S. M. et al.
  • Journal Title: Cancer Res. Volume: 81(8) Pages: 1988-2001
  • DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-20-1954
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An extensive and dynamic trans-omic network illustrating prominent regulatory mechanisms in response to insulin in the liver (2021)
  • Author(s): Matsuzaki, F., Uda, S., Yamauchi, Y., Matsumoto, M., Soga, T., Maehara, K., Ohkawa, Y., Nakayama, K.I., Kuroda, S., and Kubota, H.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 36(8) Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109569
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Trans-Omic Analysis Reveals Obesity-Associated Dysregulation of Inter-Organ Metabolic Cycles between the Liver and Skeletal Muscle (2021)
  • Author(s): Egami, R., Kokaji, T., Hatano, A., Yugi, K., Eto, M., Morita, K., Ohno, S., Fujii, M., Hironaka, K., Uematsu, S., Terakawa, A., Bai, Y., Pan, Y., Tsuchiya, T., Ozaki, H., Inoue, H., Uda, S., Kubota, H., Suzuki, Y., Matsumoto, M., Nakayama, K., Hirayama, A., Soga, T., Kuroda, S.
  • Journal Title: iScience Volume: 102217 Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102217
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Monitoring and mathematical modeling of mitochondrial ATP in myotubes at single-cell level reveals two distinct population with different kinetics. (2020)
  • Author(s): Matsuda, N., Hironaka, K. ichi, Fujii, M., Wada, T., Kunida, K., Inoue, H., Eto, M., Hoshino, D., Furuichi, Y., Manabe, Y., Fujii, N.L., Noji, H., Imamura, I., & Kuroda, S.
  • Journal Title: Quantitative Biology Volume: 8(3) Pages: 228-237
  • DOI: 10.1007/s40484-020-0211-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 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, N.L., & Kuroda, S.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 32(9) Pages: 108051
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108051
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Kinetic trans-omic analysis reveals key regulatory mechanisms for insulin-regulated glucose metabolism in adipocytes. (2020)
  • Author(s): Ohno, S., Quek, L.-E., Krycer, J. R., Yugi, K., Hirayama, A., Ikeda, S., Shoji, F., Suzuki, K., Soga, T., James, D.E., & Kuroda, S.
  • Journal Title: iScience Volume: 23(9) Pages: 101479
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101479
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Trans-omic analysis reveals ROS-dependent pentose phosphate pathway activation after high-frequency electrical stimulation in C2C12 myotubes. (2020)
  • Author(s): Hoshino, D., Kawata, K., Kunida, K., Hatano, A., Yugi, K., Wada, T., Fujii, M., Sano, T., Ito, Y., Furuichi, Y., Manabe, Y., Suzuki, Y., Fujii, N. L., Soga, T., & Kuroda, S.
  • Journal Title: iScience Volume: 101558 Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101558
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 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, I. K., Hiroyama, A., Soga, T., & Kuroda, S.
  • Journal Title: Science Signaling Volume: 13(660) Pages: eaaz1236
  • DOI: 10.1126/scisignal.aaz1236
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Logical design of oral glucose ingestion pattern minimizing blood glucose in humans (2019)
  • Author(s): Fujii Masashi、Murakami Yohei、Karasawa Yasuaki、Sumitomo Yohei、Fujita Suguru、Koyama Masanori、Uda Shinsuke、Kubota Hiroyuki、Inoue Hiroshi、Konishi Katsumi、Oba Shigeyuki、Ishii Shin、Kuroda Shinya
  • Journal Title: npj Systems Biology and Applications Volume: 5 Pages: 31
  • DOI: doi:10.1038/s41540-019-0108-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reconstruction of global regulatory network from signaling to cellular functions using phosphoproteomic data (2018)
  • Author(s): Kawata K, Yugi K, Hatano A, Kokaji T, Tomizawa Y, Fujii M, Uda S, Kubota H, Matsumoto M, Nakayama KI, Kuroda S.
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 24 Pages: 82-93
  • DOI: doi: 10.1111/gtc.12655
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Trans-omic Analysis Reveals Selective Responses to Induced and Basal Insulin across Signaling, Transcriptional, and Metabolic Networks (2018)
  • Author(s): Kawata K, Hatano A, Yugi K, Kubota H, Sano T, Fujii M, Tomizawa Y, Kokaji T, Tanaka KY, Uda S, Suzuki Y, Matsumoto M, Nakayama KI, Saitoh K, Kato K, Ueno A, Ohishi M, Hirayama A, Soga T, Kuroda S.
  • Journal Title: iScience Volume: 28 Pages: 212-229
  • DOI: doi: 10.1016/j.isci.2018.07.022
• [Journal Article] In Vivo Decoding Mechanisms of the Temporal Patterns of Blood Insulin by the Insulin-AKT Pathway in the Liver (2018)
  • Author(s): Kubota, H., Uda, S., Matsuzaki, F., Yamauchi, Y., and Kuroda, S.
  • Journal Title: Cell Sys. Volume: 7 Pages: 1-11
  • DOI: doi:10.1016/j.cels.2018.05.013
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Trans-omic Analysis of Insulin Action (2019)
  • Author(s): Shinya Kuroda
  • Organizer: The 20th International Conference on Systems Biology (ICSB) 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] トラ ンスオミクスによる肝臓での糖応答システムの解析 (2019)
  • Author(s): 黒田 真也
  • Organizer: 第62回日本糖尿病学会年次学術集会
• [Presentation] Trans-omic analysis of the liver of lean and obese mice during an oral glucose challenge (2019)
  • Author(s): 黒田 真也
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] Systems biology of insulin action (2017)
  • Author(s): Shinya Kuroda
  • Organizer: Hunter meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Trans-Omics analysis of the liver of lean and obese mice during an oral glucose administration (2017)
  • Author(s): Shinya Kuroda
  • Organizer: The 1st International Symposium for Trans-Omics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 血中ホルモンによる血糖ホメオスタシスの数理モデルを用いた血糖摂取のロジカルデザイン (2017)
  • Author(s): 黒田真也
  • Organizer: ConBio2017
  • Invited
• [Funded Workshop] ICSB2019 satellite workshop Trans-Omics workshop The 3rd International Symposium for Trans-Omics (2019)
• [Funded Workshop] 2nd international symposium for trans-omics (2018)
• [Funded Workshop] The 1st International Symposium for Trans-Omics (2017)