精神病態の分子基盤解明を可能にする次世代トランスオミクス技術の開発

• 研究領域: マルチスケール精神病態の構成的理解
• 研究課題/領域番号: 18H05431
• 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: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 柚木 克之 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (70433745)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 48,750千円 (直接経費: 37,500千円、間接経費: 11,250千円); 2022年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円); 2021年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円); 2020年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2019年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円); 2018年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
• キーワード: トランスオミクス / 代謝 / システム生物学 / 神経科学 / 多階層ネットワーク / 精神疾患 / 数理モデル

研究成果の概要

精神疾患の分子基盤を多階層ネットワークとして解明するうえで必要となる次世代統合オミクス解析（トランスオミクス）の技術基盤を開発した。結果として、in vivoの動物臓器サンプル(Kokaji et al. 2020, Science Signaling)や公共オミクスデータの統合解析(Okamoto et al. 2022, Neuroscience Research)が可能となったほか、従来は時系列データを必要としていたところを定常状態（データポイントは1つ）のオミクスデータでもトランスオミクス解析を可能とした(Egami et al. 2021, iScience)。

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来のトランスオミクス解析の応用範囲は代謝などの「速い」分子基盤を持つ生命現象に限定されていた。本研究成果により、遺伝子発現関連の比較的「遅い」オミクス階層を取り扱えるようになったほか、データ点数の少ないオミクスデータや公共データも利用可能になった。これにより、本領域のテーマである精神疾患をはじめとする多様な生命現象や疾患の分子基盤解明に対してトランスオミクス解析を適用することが可能になった。

研究成果

• [国際共同研究] Harvard Medical School(米国)
• [国際共同研究] シドニー大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] シドニー大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] シドニー大学(オーストラリア)
• [雑誌論文] In vivo transomic analyses of glucose-responsive metabolism in skeletal muscle reveal core differences between the healthy and obese states. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kokaji T, Eto M, Hatano A, Yugi K, Morita K, Ohno S, Fujii M, Hironaka KI, Ito Y, Egami R, Uematsu S, Terakawa A, Pan Y, Maehara H, Li D, Bai Y, Tsuchiya T, Ozaki H, Inoue H, Kubota H, Suzuki Y, Hirayama A, Soga T, Kuroda S.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 12 号: 1 ページ: 13719-13719
  • DOI: 10.1038/s41598-022-17964-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Trans-omics analysis of insulin action reveals a cell growth subnetwork which co-regulates anabolic processes (2022)
  • 著者名/発表者名: Terakawa Akira、Hu Yanhui、Kokaji Toshiya、Yugi Katsuyuki、Morita Keigo、Ohno Satoshi、Pan Yifei、Bai Yunfan、Parkhitko Andrey A.、Ni Xiaochun、Asara John M.、Bulyk Martha L.、Perrimon Norbert、Kuroda Shinya
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 5 ページ: 104231-104231
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104231
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Meta-analysis of transcriptional regulatory networks for lipid metabolism in neural cells from schizophrenia patients based on an open-source intelligence approach (2022)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Lisa、Watanabe Soyoka、Deno Senka、Nie Xiang、Maruyama Junichi、Tomita Masaru、Hatano Atsushi、Yugi Katsuyuki
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 175 ページ: 82-97
  • DOI: 10.1016/j.neures.2021.12.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Trans-omic analysis reveals obesity-associated dysregulation of inter-organ metabolic cycles between the liver and skeletal muscle (2021)
  • 著者名/発表者名: Egami Riku、Kokaji Toshiya、Hatano Atsushi、et al.
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 号: 3 ページ: 102217-102217
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102217
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 複数のオミクス階層にまたがる大規模パスウェイの2.5次元可視化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西田孝三, 高橋恒一, 柚木克之
  • 雑誌名: 実験医学別冊 メタボロミクス実践ガイド 巻: - ページ: 237-251
• [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, 小鍛治俊也, 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] Transomics analysis reveals allosteric and gene regulation axes for altered hepatic glucose-responsive metabolism in obesity (2020)
  • 著者名/発表者名: Kokaji Toshiya、Hatano Atsushi、Ito Yuki、et al.
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 13 号: 660 ページ: 1236-1236
  • DOI: 10.1126/scisignal.aaz1236
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Trans-omic Analysis Reveals ROS-Dependent Pentose Phosphate Pathway Activation after High-Frequency Electrical Stimulation in C2C12 Myotubes (2020)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Daisuke、Kawata Kentaro、Kunida Katsuyuki、Hatano Atsushi、Yugi Katsuyuki、Wada Takumi、Fujii Masashi、Sano Takanori、Ito Yuki、Furuichi Yasuro、Manabe Yasuko、Suzuki Yutaka、Fujii Nobuharu L.、Soga Tomoyoshi、Kuroda Shinya
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 号: 10 ページ: 101558-101558
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101558
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Kinetic Trans-omic Analysis Reveals Key Regulatory Mechanisms for Insulin-Regulated Glucose Metabolism in Adipocytes (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohno Satoshi、Quek Lake-Ee、Krycer James R.、Yugi Katsuyuki、Hirayama Akiyoshi、Ikeda Satsuki、Shoji Futaba、Suzuki Kumi、Soga Tomoyoshi、James David E.、Kuroda Shinya
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 号: 9 ページ: 101479-101479
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101479
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rate-oriented trans-omics: integration of multiple omic data on the basis of reaction kinetics (2019)
  • 著者名/発表者名: Yugi Katsuyuki、Ohno Satoshi、Krycer James R.、James David E.、Kuroda Shinya
  • 雑誌名: Current Opinion in Systems Biology 巻: 15 ページ: 109-120
  • DOI: 10.1016/j.coisb.2019.04.005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] トランスオミクスの考え方と実験デザイン (2019)
  • 著者名/発表者名: 柚木克之
  • 雑誌名: 細胞 巻: 51 ページ: 701-705
• [雑誌論文] トランスオミクス・統合オミクス研究による免疫代謝・腸内細菌代謝研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 出野泉花, 柚木克之
  • 雑誌名: 臨床免疫・アレルギー科 巻: 72 ページ: 342-350
• [雑誌論文] Reconstruction of global regulatory network from signaling to cellular functions using phosphoproteomic data (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawata Kentaro、Yugi Katsuyuki、Hatano Atsushi、Kokaji Toshiya、Tomizawa Yoko、Fujii Masashi、Uda Shinsuke、Kubota Hiroyuki、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Kuroda Shinya
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 24 号: 1 ページ: 82-93
  • DOI: 10.1111/gtc.12655
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 細胞の反応速度論的描像に基づく統合オミクス解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 柚木克之
  • 学会等名: 日本バイオインフォマティクス学会年会
• [学会発表] Reconstruction of insulin signal flow from phosphoproteome and metabolome data (2020)
  • 著者名/発表者名: Yugi K.
  • 学会等名: KI-RIKEN Joint International Doctoral Course 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] トランスオミクス解析によるインスリン代謝制御ネットワークの再構築 (2019)
  • 著者名/発表者名: 柚木克之
  • 学会等名: 第92回日本内分泌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] Integration of phosphoproteome and 13C-metabolome data reveals ‘metabolic priming’ in the adipocyte (2019)
  • 著者名/発表者名: Yugi, K.
  • 学会等名: 3rd RIKEN IMS-Stanford ISCBRM Joint Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] トランスオミクス研究の現在地および免疫代謝研究への展望 (2019)
  • 著者名/発表者名: 柚木克之
  • 学会等名: 第7回がんと代謝研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 多階層オミクスデータ解析の自動化に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 柚木克之
  • 学会等名: 第44回日本医用マススペクトル学会
• [学会発表] 3 つのオミクス階層を縦断するインスリン濃度選択的制御軸の発見 (2019)
  • 著者名/発表者名: 柚木克之
  • 学会等名: 第13回メタボロームシンポジウム
• [学会発表] Dose-selective metabolic regulation by insulin across multiple omic layers (2019)
  • 著者名/発表者名: Yugi, K.
  • 学会等名: The 3rd International Symposium for TransOmics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Trans-omics: integration of multiple omic data on the basis of reaction kinetic (2019)
  • 著者名/発表者名: Yugi, K.
  • 学会等名: The 6th RIKEN-KI-SciLifeLab Symposium: Biomedical Data for Artificial Intelligence
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Trans-omics: integration of multiple omic data on the basis of reaction kinetics (2019)
  • 著者名/発表者名: Yugi, K.
  • 学会等名: The 4th Symposium of Inter-University Research Network for Trans-Omics Medicine
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dose-selective metabolic regulation by insulin across multiple omic layers (2019)
  • 著者名/発表者名: Yugi, K.
  • 学会等名: RIKEN-KU Leuven Joint Symposium 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] トランスオミクス：細胞の反応速度論的描像に基づく統合オミクス解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 柚木克之
  • 学会等名: 第412回CBI学会講演会
  • 招待講演
• [備考] インスリン刺激下で細胞増殖を促進する分子間相互作用ネットワークを生体分子の大規模計測データから解明
  • URL: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2022/7841/