次世代ヒト全ゲノム・オミクスの解析方法論の開発と応用

• 研究領域: 代謝アダプテーションのトランスオミクス解析
• 研究課題/領域番号: 17H06307
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学 (2019-2021); 東京医科歯科大学 (2017-2018)
• 研究代表者: 角田 達彦 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10273468)
• 研究分担者: 重水 大智 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, メディカルゲノムセンター, 部長 (70617464)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 101,920千円 (直接経費: 78,400千円、間接経費: 23,520千円); 2021年度: 20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円); 2020年度: 20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円); 2019年度: 20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円); 2018年度: 20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円); 2017年度: 21,840千円 (直接経費: 16,800千円、間接経費: 5,040千円)
• キーワード: トランスオミクス / 代謝アダプテーション / オミクス解析 / XX

研究成果の概要

代謝アダプテーションで疾患へ至る全体像と挙動をとらえるには、マルチオミクスデータを、階層をまたいで統合する技術が必要である。そこで本研究では、トランスオミクス統計解析手法を知識型、因果・階層型、統合型に基づき整備し、オミクスデータを解析することで、トランスオミクスを読み解き、疾患や生体における代謝状態の変化を体系的網羅的に明らかにした。その結果、深層学習に基づく新たな方法論を導き、また臨床検体とモデル動物を用いて、糖尿病、アルツハイマー、がん免疫・微小環境のトランスオミクス解析を行い、ヒトとマウスにまたがる新規遺伝子やパスウェイ、相互作用、新たな亜分類やその背景となる機序を発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、オミクスの多階層データを繋ぐ方法論の基礎を築いた。知識型、因果・階層型、統合型という柱を基本とし、中でも特に派生した深層学習によるオミクス解析の方法論の進展は、世界でも唯一無二である。また組織検体からゲノムや遺伝子発現などのプロファイルからがん微小環境をトランスオミクス解析し、免疫編集を解明した。本研究を基盤とし、個体レベルのネットワーク再構築により、糖代謝疾患などの多因子疾患やがん転移などの環境適応の全体像の解明、薬剤の動的な選択などのプレシジョン医療の基盤の形成、複数の創薬標的分子のネットワークによる同定、そして新規治療法開発に繋がることが期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] University of the South Pacific(フィジー)
• [国際共同研究] Griffith University(オーストラリア)
• [国際共同研究] University of the South Pacific(フィジー)
• [国際共同研究] Griffith University(オーストラリア)
• [国際共同研究] University of the South Pacific(フィジー)
• [国際共同研究] Griffith University(オーストラリア)
• [国際共同研究] Imperial College London(英国)
• [国際共同研究] EISBM(フランス)
• [国際共同研究] University of the South Pacific(フィジー)
• [国際共同研究] Morgan State University(米国)
• [国際共同研究] Griffith University(オーストラリア)
• [雑誌論文] Immune subtypes and neoantigen-related immune evasion in advanced colorectal cancer (2022)
  • 著者名/発表者名: Sugawara Toshitaka、Miya Fuyuki、Ishikawa Toshiaki、Lysenko Artem、Nishino Jo、Kamatani Takashi、Takemoto Akira、Boroevich Keith A.、Kakimi Kazuhiro、Kinugasa Yusuke、Tanabe Minoru、Tsunoda Tatsuhiko
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 2 ページ: 103740-103740
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.103740
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DeepFeature: feature selection in nonimage data using convolutional neural network (2021)
  • 著者名/発表者名: Sharma Alok、Lysenko Artem、Boroevich Keith A、Vans Edwin、Tsunoda Tatsuhiko
  • 雑誌名: Briefings in Bioinformatics 巻: 22 号: 6
  • DOI: 10.1093/bib/bbab297
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Forecasting the spread of COVID-19 using LSTM network (2021)
  • 著者名/発表者名: Kumar Shiu、Sharma Ronesh、Tsunoda Tatsuhiko、Kumarevel Thirumananseri、Sharma Alok
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 巻: 22 号: S6
  • DOI: 10.1186/s12859-021-04224-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 生活習慣病のトランスオミクス解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柚木克之、小鍛冶俊也、角田達彦、黒田真也
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 278 ページ: 501-509
• [雑誌論文] Deep Learning Approach for Automated Detection of Myopic Maculopathy and Pathologic Myopia in Fundus Images (2021)
  • 著者名/発表者名: DU Ran、Xie Shiqi、Fang Yuxin、Igarashi-Yokoi Tae、Moriyama Muka、Ogata Satoko、Tsunoda Tatsuhiko、Kamatani Takashi、Yamamoto Shinji、Cheng Ching-Yu、Saw Seang-Mei、Ting Daniel、Wong Tien Y.、Ohno-Matsui Kyoko
  • 雑誌名: Ophthalmology Retina 巻: - 号: 12 ページ: 1235-1244
  • DOI: 10.1016/j.oret.2021.02.006
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single-stranded and double-stranded DNA-binding protein prediction using HMM profiles (2021)
  • 著者名/発表者名: Sharma Ronesh、Kumar Shiu、Tsunoda Tatsuhiko、Kumarevel Thirumananseri、Sharma Alok
  • 雑誌名: Analytical Biochemistry 巻: 612 ページ: 113954-113954
  • DOI: 10.1016/j.ab.2020.113954
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] RAM-PGK: Prediction of Lysine Phosphoglycerylation Based on Residue Adjacency Matrix (2020)
  • 著者名/発表者名: Chandra Abel Avitesh、Sharma Alok、Dehzangi Abdollah、Tsunoda Tatushiko
  • 雑誌名: Genes 巻: 11 号: 12 ページ: 1524-1524
  • DOI: 10.3390/genes11121524
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PupStruct: Prediction of Pupylated Lysine Residues Using Structural Properties of Amino Acids (2020)
  • 著者名/発表者名: Singh Vineet、Sharma Alok、Dehzangi Abdollah、Tsunoda Tatushiko
  • 雑誌名: Genes 巻: 11 号: 12 ページ: 1431-1431
  • DOI: 10.3390/genes11121431
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Clinical usefulness of multigene screening with phenotype-driven bioinformatics analysis for the diagnosis of patients with monogenic diabetes or severe insulin resistance (2020)
  • 著者名/発表者名: Hosoe Jun, ... Fujiwara Toyofumi et al.
  • 雑誌名: Diabetes Research and Clinical Practice 巻: 169 ページ: 108461-108461
  • DOI: 10.1016/j.diabres.2020.108461
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Predicting protein-peptide binding sites with a deep convolutional neural network (2020)
  • 著者名/発表者名: Wardah Wafaa、Dehzangi Abdollah、Taherzadeh Ghazaleh、Rashid Mahmood A.、Khan M.G.M.、Tsunoda Tatsuhiko、Sharma Alok
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 496 ページ: 110278-110278
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2020.110278
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple Myeloma DREAM Challenge reveals epigenetic regulator PHF19 as marker of aggressive disease (2020)
  • 著者名/発表者名: Mason Mike J.、Multiple Myeloma DREAM Consortium (including Lysenko, Artem)、et al.
  • 雑誌名: Leukemia 巻: - 号: 7 ページ: 1866-1874
  • DOI: 10.1038/s41375-020-0742-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantification of multicellular colonization in tumor metastasis using exome‐sequencing data (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishino Jo、Watanabe Shuichi、Miya Fuyuki、Kamatani Takashi、Sugawara Toshitaka、Boroevich Keith A.、Tsunoda Tatsuhiko
  • 雑誌名: International Journal of Cancer 巻: 146 号: 9 ページ: 2488-2497
  • DOI: 10.1002/ijc.32910
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bigram-PGK: phosphoglycerylation prediction using the technique of bigram probabilities of position specific scoring matrix (2019)
  • 著者名/発表者名: Chandra Abel、Sharma Alok、Dehzangi Abdollah、Shigemizu Daichi、Tsunoda Tatsuhiko
  • 雑誌名: BMC Molecular and Cell Biology 巻: 20 号: S2 ページ: 57-57
  • DOI: 10.1186/s12860-019-0240-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A comparison of machine learning classifiers for dementia with Lewy bodies using miRNA expression data (2019)
  • 著者名/発表者名: Shigemizu Daichi、Akiyama Shintaro、Asanomi Yuya、Boroevich Keith A.、Sharma Alok、Tsunoda Tatsuhiko、Sakurai Takashi、Ozaki Kouichi、Ochiya Takahiro、Niida Shumpei
  • 雑誌名: BMC Medical Genomics 巻: 12 号: 1 ページ: 150-150
  • DOI: 10.1186/s12920-019-0607-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] DeepInsight: A methodology to transform a non-image data to an image for convolution neural network architecture (2019)
  • 著者名/発表者名: Sharma Alok、Vans Edwin、Shigemizu Daichi、Boroevich Keith A.、Tsunoda Tatsuhiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 11399-11399
  • DOI: 10.1038/s41598-019-47765-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] EvolStruct-Phogly: incorporating structural properties and evolutionary information from profile bigrams for the phosphoglycerylation prediction (2019)
  • 著者名/発表者名: Chandra Abel Avitesh、Sharma Alok、Dehzangi Abdollah、Tsunoda Tatushiko
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 19 号: S9 ページ: 984-984
  • DOI: 10.1186/s12864-018-5383-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PhoglyStruct: Prediction of phosphoglycerylated lysine residues using structural properties of amino acids (2018)
  • 著者名/発表者名: Chandra Abel、Sharma Alok、Dehzangi Abdollah、Ranganathan Shoba、Jokhan Anjeela、Chou Kuo-Chen、Tsunoda Tatsuhiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 17923-17923
  • DOI: 10.1038/s41598-018-36203-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An integrative machine learning approach for prediction of toxicity-related drug safety (2018)
  • 著者名/発表者名: Lysenko Artem、Sharma Alok、Boroevich Keith A、Tsunoda Tatsuhiko
  • 雑誌名: Life Science Alliance 巻: 1 号: 6 ページ: 1-14
  • DOI: 10.26508/lsa.201800098
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Integrated analysis of human genetic association study and mouse transcriptome suggests LBH and SHF genes as novel susceptible genes for amyloid-β accumulation in Alzheimer's disease. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi-Kabata Y, Morihara T, Ohara T, Ninomiya T, Takahashi A, Akatsu H, Hashizume Y, Hayashi N, Shigemizu D, Boroevich KA, Ikeda M, Kubo M, Takeda M, Tsunoda T.
  • 雑誌名: Hum Genet. 巻: 37(6-7) 号: 6-7 ページ: 521-533
  • DOI: 10.1007/s00439-018-1906-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Navigating the disease landscape: knowledge representations for contextualizing molecular signatures. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mansoor Saqi, Artem Lysenko, Yi-Ke Guo, Tatsuhiko Tsunoda, Charles Auffray
  • 雑誌名: Briefings In Bioinformatics 巻: - 号: 2 ページ: 609-623
  • DOI: 10.1093/bib/bby025
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ゲノム医科学を推進するデータ駆動型研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 角田達彦
  • 学会等名: AMED「脳とこころ」疾患メカプロジェクト進捗報告会
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム医科学を推進する深層学習と数理科学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 角田達彦
  • 学会等名: 第25回日本がん分子標的治療学会学術集会・シンポジウム2 「AI」
  • 招待講演
• [学会発表] 生物情報科学の視点から行うがん研究 ~DNA, RNA, 病理画像を用いた免疫環境解析や多領域解析を中心に~ (2021)
  • 著者名/発表者名: 鎌谷高志
  • 学会等名: 第19回関東骨軟部腫瘍の基礎を語る会
  • 招待講演
• [学会発表] 新たな知によるゲノム医科学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 角田 達彦
  • 学会等名: 東京大学ゲノム医科学研究機構2020年度シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Exploring etiologies, sub-classification, and risk prediction of diseases based on big-data analysis of clinical and whole omics data in medicine (2021)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: ERCIM-JST Joint Symposium on Big Data and Artificial Intelligence. 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exploring etiologies, sub-classification, and risk prediction of diseases based on big-data analysis of clinical and whole omics data in medicine (2021)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: CREST International Symposium on Big Data Application 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 深層学習が拓く新たなゲノム医科学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 角田 達彦
  • 学会等名: 第16回日本がん分子標的治療学会TRワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] Personalized Cancer Medicine with Heterogeneity and Immunological Analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: CREST International Symposium on Big Data Application
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 全ゲノム解析による糖尿病などの疾患の発症や治療・予後予測に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 角田 達彦
  • 学会等名: AI医療活用研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Data-driven Medical Sciences with Omic Analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: Moonshot International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Medical Big Data Analysis for Precision Medicine. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: CREST Joint International Symposium for Big Data
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cancer heterogeneity and immunology for precision medicine. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: CREST International Symposium on Big Data Application
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Omic Big Data Analysis Drives Precision Medicine. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: The 8th Annual Translational Bioinformatics Conference/2018 Annual Conference of Korean Society for Bioinformatics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Omic analysis with AI drives precision medicine. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: The 5th RIKEN-KI/SciLifeLab Joint Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Trans-omic and Trans-species Analysis Drives Precision Medicine. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: The 41st Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Trans-omic Analysis Strategy for Precision Medicine. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: The 2nd International Symposium for Trans-Omics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Public Big Data Accelerate Medical Science Research. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: Symposium “Public database and application for medicine in Japan and Asia”, The 63rd Annual Meeting of the Japan Society of Human Genetics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exploring etiologies, sub-classification, and risk prediction of diseases based on big-data analysis of clinical and whole omics data in medicine. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: CREST International Symposium on Big Data Application
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ゲノム医科学の進展とプレシジョン医療の推進. (2018)
  • 著者名/発表者名: 角田 達彦
  • 学会等名: 東北メディカルメガバンク第16回ゲノム・オミックス連携推進セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 臨床研究におけるビッグデータの活用. (2018)
  • 著者名/発表者名: 角田 達彦
  • 学会等名: 臨床研究統計コース, 統計数理研究所
  • 招待講演
• [学会発表] Exploring etiologies, sub-classification, and risk prediction of diseases based on big-data analysis of clinical and whole omics data in medicine (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: CREST Big Data Fields Joint Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Trans-omic analysis drives precision medicine (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: The 1st International Symposium for Trans-Omics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multi-omic analysis for precision cancer medicine (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: DNA sequencing technologies and their application in practice WS
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Omic analysis drives precision medicine (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: International Conference for Precision Cancer Medicine
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiomics and clinical analysis of cancer (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tsunoda
  • 学会等名: CREST International Symposium on Big Data Application
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 医学・医療ビッグデータによるマルチオミックス解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 角田 達彦
  • 学会等名: 東京医科歯科大学‐早稲田大学連携ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] オミックス解析によるゲノム医療の新たな展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 角田 達彦
  • 学会等名: 第 8 回生物統計ネットワークシンポジウム
  • 招待講演
• [図書] 遺伝統計学と疾患ゲノムデータ解析（２章ー１０「GWASをトランスオミクスで読み解く」） (2018)
  • 著者名/発表者名: 柚木克之、角田達彦、黒田真也（岡田随象 編）
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: 株式会社 メディカル ドゥ
  • ISBN: 9784944157631
• [備考] 代謝統合オミクス
  • URL: http://transomics.umin.jp
• [備考] 東京大学 角田研究室（日本語版）
  • URL: http://mesm.bs.s.u-tokyo.ac.jp
• [備考] 東京大学 角田研究室（英語版）
  • URL: http://mesm.bs.s.u-tokyo.ac.jp/index_Eng.html
• [備考] 東京大学 角田研究室
  • URL: http://mesm.bs.s.u-tokyo.ac.jp