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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

計画研究

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, ユニット長 (70617464)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2022-03-31
研究課題ステータス 交付 (2021年度)
配分額 *注記
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
研究実績の概要

本計画研究では、トランスオミクス統計解析手法を提案・開発し、各オミクス計測と応用の研究者と連携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することを目的とする。知識型とし、ゲノムアノテーションによる因子候補の制約・絞り込みを行う方法を開発した。そのために発現とエピゲノムやTF結合、SNP/SNV/変異、そしてNBDCから取得した公共DBを用いた。その結果、I型もしくはインスリン抵抗性糖尿病の診断方法の解析に貢献できた(Diabetes Research and Clinical Practice 2020)。因果・階層型とし、様々な細胞種のeQTL、GTEx(全身の各組織部位)による組織特異的なゲノム配列と遺伝子発現の階層構造を用いてトランスオミクス解析を行う方法、発現から免疫細胞プロファイルを推定する方法を開発してきた。それに加え、アミノ酸残基行列やアミノ酸の構造的な属性によりリシンのホスホグリセリン酸化翻訳後修飾を予測する手法(Genes 2020a、Genes 2020b)、HMMによってシングルストランドとダブルストランドのDNAにタンパク質が結合するかを予測する手法(Analytical Biochemistry 2020)、また深層学習によってタンパク質とペプチドが結合する部位を予測する手法(Journal of Theoretical Biology 2020)を開発した。統合型とし、タンパク質間相互作用、パスウェイ、Gene Ontologyネットワークによって分子間相互作用を統合して解析する方法提案してきた。それを応用した例として、軽度認知障害からアルツハイマー病に移行するかを診断予測する方法(Alzheimer's Research & Therapy 2020)などを見出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度も、トランスオミクス解析の方法論の実装を順調に進めることができた。知識型解析手法、因果・階層型手法、統合型解析手法の開発では、アミノ酸残基行列やアミノ酸の構造的な属性によりリシンのホスホグリセリン酸化翻訳後修飾を予測する手法やHMMによってシングルストランドとダブルストランドのDNAにタンパク質が結合するかを予測する手法、そして深層学習によってタンパク質とペプチドが結合する部位を予測する手法の開発に成功しており、個々の手法開発と、実データ解析の両方に関して論文の投稿と出版がなされている。さらなる実データ解析での数理的貢献として、軽度認知障害からアルツハイマー病に移行するかを診断予測する方法への貢献もできたことから、現実世界への適用もさらに進んだ。そして臨床検体を用いたがん免疫研究にて手法の有効性を検証できており、また黒田班との連携に関しても、ヒトのゲノムワイド関連解析とマウスを用いた代謝疾患解析を領域内連携によって行っていることから、計画は順調に進んでいると考える。

今後の研究の推進方策

今後、最終年度に向けて、大規模データによる現象解析をA01、A02と公募班との連携により進め、統計解析によるデータ駆動型解析と実証、成果の創出をさらに進める。まず、トランスオミクス解析手法の実データへの適応、フィードバックによる精度の向上を行う。知識型解析手法では、エピゲノムやトランスクリプトーム、染色体構造などのアノテーションデータにより、ゲノムから代謝にいたる制約を見出すことでフィルタリングを行う体系的手法を実データに適用し、成果をまとめる。因果・階層型手法では、領域内で得られる計測データを用い、ゲノムとトランスクリプトーム間から始まる層間の分子の依存関係を、代謝パスウェイへマッピングすることで、代謝に関わるゲノム多様性を実データで同定する。統合型解析手法では、外部データベースや領域内の測定データから生物学的知見を入れ込み、疾患のヘテロ性と原因の相補性を解くため、高次元空間からの次元圧縮、特徴抽出、特徴選択を行う数学的手法と、多階層オミクスデータを同時に扱う枠組みを実証する。そして本計画での独自のがん免疫の臨床検体のデータで成果を出すととももに、A02計画班でのメタボローム(馬場)、ゲノム(鈴木)、エピゲノム(伊藤)、トランスクリプトーム(鈴木)、プロテオーム(中山)計測のデータを用いて連携により結果を出す。解析対象とし、本計画でのがんの臨床検体によるがん免疫、A01計画班の2型糖尿病モデルマウスを用いた代謝疾患(黒田)、がん細胞(中山)、炎症の発症や慢性化(岡田)、薬剤耐性(松田)の代謝アダプテーションを、連携して研究する。また公募班と連携し、実データへの適用と実証、精度の向上を進め、成果にする。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書

研究成果

(52件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (9件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 14件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 17件、 招待講演 24件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of the South Pacific(フィジー)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Griffith University(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of the South Pacific(フィジー)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Griffith University(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Imperial College London(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] EISBM(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of the South Pacific(フィジー)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Morgan State University(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Griffith University(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Deep Learning Approach for Automated Detection of Myopic Maculopathy and Pathologic Myopia in Fundus Images2021

    • 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: -

    • DOI

      10.1016/j.oret.2021.02.006

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Single-stranded and double-stranded DNA-binding protein prediction using HMM profiles2021

    • 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

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] RAM-PGK: Prediction of Lysine Phosphoglycerylation Based on Residue Adjacency Matrix2020

    • 著者名/発表者名
      Chandra Abel Avitesh、Sharma Alok、Dehzangi Abdollah、Tsunoda Tatushiko
    • 雑誌名

      Genes

      巻: 11 ページ: 1524-1524

    • DOI

      10.3390/genes11121524

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 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 Acids2020

    • 著者名/発表者名
      Singh Vineet、Sharma Alok、Dehzangi Abdollah、Tsunoda Tatushiko
    • 雑誌名

      Genes

      巻: 11 ページ: 1431-1431

    • DOI

      10.3390/genes11121431

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 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 resistance2020

    • 著者名/発表者名
      Hosoe Jun, ... Fujiwara Toyofumi et al.
    • 雑誌名

      Diabetes Res Clin Pract.

      巻: 169 ページ: 108461-108461

    • DOI

      10.1016/j.diabres.2020.108461

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 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 network2020

    • 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

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiple Myeloma DREAM Challenge reveals epigenetic regulator PHF19 as marker of aggressive disease2020

    • 著者名/発表者名
      Mason Mike J.、Multiple Myeloma DREAM Consortium (including Lysenko, Artem)、et al.
    • 雑誌名

      Leukemia

      巻: - ページ: 1866-1874

    • DOI

      10.1038/s41375-020-0742-z

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 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 data2020

    • 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 ページ: 2488-2497

    • DOI

      10.1002/ijc.32910

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 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 matrix2019

    • 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 ページ: 57-57

    • DOI

      10.1186/s12860-019-0240-1

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 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 data2019

    • 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 ページ: 150-150

    • DOI

      10.1186/s12920-019-0607-3

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 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 architecture2019

    • 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 ページ: 11399-11399

    • DOI

      10.1038/s41598-019-47765-6

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 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 prediction2019

    • 著者名/発表者名
      Chandra Abel Avitesh、Sharma Alok、Dehzangi Abdollah、Tsunoda Tatushiko
    • 雑誌名

      BMC Genomics

      巻: 19 ページ: 984-984

    • DOI

      10.1186/s12864-018-5383-5

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 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.2019

    • 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: - ページ: 609-623

    • DOI

      10.1093/bib/bby025

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] PhoglyStruct: Prediction of phosphoglycerylated lysine residues using structural properties of amino acids2018

    • 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 ページ: 17923-17923

    • DOI

      10.1038/s41598-018-36203-8

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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 safety2018

    • 著者名/発表者名
      Lysenko Artem、Sharma Alok、Boroevich Keith A、Tsunoda Tatsuhiko
    • 雑誌名

      Life Science Alliance

      巻: 1 ページ: 1-14

    • DOI

      10.26508/lsa.201800098

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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

      Human Genetics

      巻: 37(6-7) ページ: 132-146

    • DOI

      10.1007/s00439-018-1906-z

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [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
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 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 medicine2021

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Tsunoda
    • 学会等名
      ERCIM-JST Joint Symposium on Big Data and Artificial Intelligence. 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 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 medicine2021

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Tsunoda
    • 学会等名
      CREST International Symposium on Big Data Application 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Personalized Cancer Medicine with Heterogeneity and Immunological Analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Tsunoda
    • 学会等名
      CREST International Symposium on Big Data Application
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Data-driven Medical Sciences with Omic Analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Tsunoda
    • 学会等名
      Moonshot International Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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 medicine2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Tsunoda
    • 学会等名
      CREST Big Data Fields Joint Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Trans-omic analysis drives precision medicine2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Tsunoda
    • 学会等名
      The 1st International Symposium for Trans-Omics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multi-omic analysis for precision cancer medicine2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Tsunoda
    • 学会等名
      DNA sequencing technologies and their application in practice WS
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Omic analysis drives precision medicine2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Tsunoda
    • 学会等名
      International Conference for Precision Cancer Medicine
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multiomics and clinical analysis of cancer2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Tsunoda
    • 学会等名
      CREST International Symposium on Big Data Application
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 代謝統合オミクス

    • URL

      http://transomics.umin.jp

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
  • [備考] 東京大学 角田研究室

    • URL

      http://mesm.bs.s.u-tokyo.ac.jp

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書

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公開日: 2017-07-04   更新日: 2021-12-27  

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