データ駆動アプローチからのトランスオミクスネットワーク推定法の開発

• Project Area: Transomic Analysis of Metabolic Adaptation
• Project/Area Number: 18H04801
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 宇田 新介 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (20599609)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2018: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: トランスオミクス / システム生物学 / 情報科学 / 統合オミクス解析 / データ解析 / 情報理論

Outline of Annual Research Achievements

遺伝子発現などを表す複数の確率変数間で生じる相互作用を推定する場合，着目している２つの変数以外の他の変数の影響を除いた相互作用のみを知りたいことが多い．そのような相互作用の有無は条件付き独立性を調べることでわかるが，変数の数が多くなると計算量的に条件付き独立性を厳密に調べることは難しくなる．特に，生物学データのようにサンプルサイズが小さいは標本誤差の影響によりさらに難しくなる．
本研究では，条件付き独立性を非線形回帰によって得られる残差間の独立性の問題に近似的に置き換えて，並び替え検定によって条件付き独立性を統計的に検定する手法を開発した．統計的な検定を行うことによって，比較的小さなサンプルサイズでも条件付き独立性を調べることで，信頼性を高めて分子種間の相互作用を調べることができる．さらに，ｐ値の信頼性を調べることで，信頼性の低い相互作用を除去して部分的にではあるが相互作用ネットワークの構造をより正確に推定できることが，人工データを用いた遺伝子ネットワーク推定問題への適用により確認できた．開発手法は統計的な手法であるため一般性があり，遺伝子発現に限らず様々な分子種の相互作用の推定に用いることができる．
さらに，開発手法は階層ごとの変数が他の階層の2変数間の相互作用に影響を及ぼしているかどうか統計的に検定する手法へと拡張することが可能で，より階層構造を加味したトランスオミクスネットワークの構造推定へと応用できる．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Approximate Conditional Independence Test using Residuals (2020)
  • Author(s): Uda Shinsuke
  • Journal Title: Proceedings of the 12th International Conference on Agents and Artificial Intelligence Volume: 2 Pages: 297-304
  • DOI: 10.5220/0008866102970304
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Application of information theory in systems biology (2020)
  • Author(s): Shinsuke Uda
  • Journal Title: Biophysical Review Volume: - Issue: 2 Pages: 377-384
  • DOI: 10.1007/s12551-020-00665-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Logical design of oral glucose ingestion pattern minimizing blood glucose in humans. (2019)
  • Author(s): Fujii M, Murakami Y, Karasawa Y, Sumitomo Y, Fujita S, Koyama M, Uda S, Kubota H, Inoue H, Konishi K, Oba S, Ishii S, Kuroda S.
  • Journal Title: NPJ Syst Biol Appl. Volume: 5 Issue: 1 Pages: 31-31
  • DOI: 10.1038/s41540-019-0108-1
  • NAID: 120006939199
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Trans-omics impact of thymoproteasome in cortical thymic epithelial cells. (2019)
  • Author(s): Ohigashi I, Tanaka Y, Kondo K, Fujimori S, Kondo H, Palin A, Hoffmann V, Kozai M, Matsushita Y, Uda S, Motosugi R, Hamazaki J, Kubota H, Murata S, Tanaka K, Katagiri T, Kosako H, Takahama Y
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 29 Issue: 9 Pages: 2901-2916
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.10.079
  • NAID: 120006894616
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reconstruction of global regulatory network from signaling to cellular functions using phosphoproteomic data (2018)
  • Author(s): Kawata Kentaro、Yugi Katsuyuki、Hatano Atsushi、Kokaji Toshiya、Tomizawa Yoko、Fujii Masashi、Uda Shinsuke、Kubota Hiroyuki、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Kuroda Shinya
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 24 Issue: 1 Pages: 82-93
  • DOI: 10.1111/gtc.12655
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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 Hiroyuki、Uda Shinsuke、Matsuzaki Fumiko、Yamauchi Yukiyo、Kuroda Shinya
  • Journal Title: Cell Systems Volume: 7 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.cels.2018.05.013
  • 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 Kentaro、Hatano Atsushi、Yugi Katsuyuki、Kubota Hiroyuki、Sano Takanori、Fujii Masashi、Tomizawa Yoko、Kokaji Toshiya、Tanaka Kaori Y.、Uda Shinsuke、Suzuki Yutaka、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Saitoh Kaori、Kato Keiko、Ueno Ayano、Ohishi Maki、Hirayama Akiyoshi、Soga Tomoyoshi、Kuroda Shinya
  • Journal Title: iScience Volume: 7 Pages: 212-229
  • DOI: 10.1016/j.isci.2018.07.022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Network structure inference by conditional independence (2019)
  • Author(s): Shinsuke Uda
  • Organizer: 第57回日本生物物理学会年会
  • Invited
• [Presentation] Comparison of hepatic metabolome and transcriptome responses to oral glucose tolerance test between normal and obese mice by information theoretic approach (2019)
  • Author(s): Yuki Ito, Shinsuke Uda, Toshiya Kokaji, Akiyoshi Hirayama, Tomoyoshi Soga, Yutaka Suzuki, Shinya Kuroda and Hiroyuki Kubota
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会