多次元異種データ統合モデルによる個別化病態の経過予測とその制御

• 研究課題/領域番号: 18H03329
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分62010:生命、健康および医療情報学関連
• 研究機関: 愛知県がんセンター(研究所) (2019-2020); 東京大学 (2018)
• 研究代表者: 山口 類 愛知県がんセンター(研究所), システム解析学分野, 分野長 (90380675)
• 研究分担者: 横山 和明 東京大学, 医科学研究所, 助教 (00647498)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円); 2020年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
• キーワード: 病態予測 / 情報統合 / 異種多次元データ / 異種情報統合 / 有用情報抽出 / 微小残存病変 / 変異検出 / 病態遷移モデル / 個別変異データ / スパースモデリング / 病態予測モデル

研究成果の概要

本研究では個人から得られる異種多次元情報を統合し、病態の経過を予測しかつ制御するための情報を抽出する数理的方法論を構築することを目指し研究を進めた。まずベイズ的情報統合手法にもとづく複数領域サンプルからの高精度体細胞変異検出手法の開発を行った。また複雑なデータから有用情報を抽出する、説明可能人工知能技術の開発につなげた。また血液がんを対象に腫瘍由来循環DNA(ctDNA)の計測に基づく微小残存病変検出技術の開発を行い、実際にctDNA計測が病態遷移の予測に有用なことが示された。これらの結果は、今後ctDNA時系列およびその他の異種情報を統合的に活用する病態予測モデルの開発への発展が期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

技術の進展により、患者一人ひとりから多種多様な生体データの情報が得られるようになりつつある。本研究では、それらの異種かつ多要素の膨大なデータを統合的に活用し、個人ごとに異なる病態の経過を、予測しかつ制御するための情報を抽出する数理的方法論を構築することを目標とした。その結果、新たな情報統合および情報抽出のための手法を複数開発した。また実際の臨床データの計測と解析から腫瘍由来循環DNAが血液がんの病態の進展の予測に有用である知見も得た。これらの知見は、今後の更なる精緻な病態遷移予測モデルの開発につながることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] 急性骨髄性白血病や骨髄異形成症候群において同種移植後の循環腫瘍DNA残存は再発を予測するバイオマーカーである (2021)
  • 著者名/発表者名: 横山和明
  • 雑誌名: 臨床血液 巻: -
  • NAID: 130008063721
  • 査読あり
• [雑誌論文] Global gene network exploration based on explainable artificial intelligence approach (2020)
  • 著者名/発表者名: Park Heewon、Maruhashi Koji、Yamaguchi Rui、Imoto Seiya、Miyano Satoru
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 11 ページ: e0241508-e0241508
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0241508
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Automatic sparse principal component analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Park Heewon、Yamaguchi Rui、Imoto Seiya、Miyano Satoru
  • 雑誌名: Canadian Journal of Statistics 巻: Online first 号: 3 ページ: 1-24
  • DOI: 10.1002/cjs.11579
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Theoretical Foundation of the Performance of Phylogeny-Based Somatic Variant Detection (2020)
  • 著者名/発表者名: Moriyama Takuya、Imoto Seiya、Miyano Satoru、Yamaguchi Rui
  • 雑誌名: Lecture Notes in Computer Science 巻: 12508 ページ: 87-101
  • DOI: 10.1007/978-3-030-64511-3_9
  • ISBN: 9783030645106, 9783030645113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 血液がんのプレシジョン・メディスンにおけるAI活用の試み (2020)
  • 著者名/発表者名: 横山 和明
  • 雑誌名: 臨床血液 巻: 61 号: 5 ページ: 554-563
  • DOI: 10.11406/rinketsu.61.554
  • NAID: 130007852311
  • ISSN: 0485-1439, 1882-0824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Successful clinical sequencing by molecular tumor board in an elderly patient with refractory Sezary syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Hijikata K, Yokoyama K (co-1st and co-corresponding author), Yokoyama N, Matsubara Y, Shimizu E, Nakashima M, Yamagishi M, Ota Y, Lim L, Yamaguchi R, Ito M, Tanaka Y, Denda T, Tani K, Yotsuyanagi H, Imoto S, Miyano S, Uchimaru K, Tojo A.
  • 雑誌名: JCO Precis Oncol 巻: 4 号: 4 ページ: 534-560
  • DOI: 10.1200/po.19.00254
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Unusually Short Latent Period of Therapy-Related Myeloid Neoplasm Harboring a Rare MLL-EP300 Rearrangement: Case Report and Literature Review (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeda R, Yokoyama K (corresponding author), Kobayashi S, Kawamata T, S Nakamura, Tomofusa F, Ito M, Yusa N, Shimizu E, Ohno N, Yamaguchi R, Imoto S, Miyano S, Uchimaru K, and Tojo A.
  • 雑誌名: Case Rep Hematol 巻: epub ページ: 4532434-4532434
  • DOI: 10.1155/2019/4532434
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Prognostic impact of circulating tumor DNA status post-allogeneic hematopoietic stem cell transplantation in AML and MDS. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S, Yokoyama K (co-1st and co-corresponding author), Shimizu E, Yusa N, Kondoh K, Ogawa M, Takei T, Kobayashi A, Ito M, Isobe M, Konuma T, Kato S, Kasajima R, Wada Y, Inoue-Nagamura T, Yamaguchi R, Takahashi S, Imoto S, Miyano S, and Tojo A.
  • 雑誌名: Blood 巻: 133 号: 25 ページ: 2682-2695
  • DOI: 10.1182/blood-2018-10-880690
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The first case of elderly TCF3-HLF-positive B-cell acute lymphoblastic leukemia. (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeda R, Yokoyama K (corresponding author), Ogawa M, Kawamata T, Tomofusa F, Kondoh K, Tomomi T, Nakamura S, Ito M, Yusa N, Shimizu E, Ohno N, Uchimaru K, Yamaguchi R, Imoto S, Miyano S, and Tojo A.
  • 雑誌名: Leuk lymphoma. 巻: 60 号: 11 ページ: 2821-2824
  • DOI: 10.1080/10428194.2019.1602267
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Accurate and Flexible Bayesian Mutation Call from Multi-regional Tumor Samples (2019)
  • 著者名/発表者名: Moriyama Takuya、Imoto Seiya、Miyano Satoru、Yamaguchi Rui
  • 雑誌名: Lecture Notes in Computer Science 巻: 11826 ページ: 47-61
  • DOI: 10.1007/978-3-030-35210-3_4
  • ISBN: 9783030352097, 9783030352103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Myeloablative single-unit cord blood transplantation overcomes the negative prognostic impact of FLT3-ITD in adult acute myeloid leukemia (2019)
  • 著者名/発表者名: Konuma Takaaki、Kato Seiko、Oiwa-Monna Maki、Mizusawa Mai、Isobe Masamichi、Yokoyama Kazuaki、Takahashi Satoshi、Tojo Arinobu
  • 雑誌名: Leukemia & Lymphoma 巻: - 号: 9 ページ: 2320-2323
  • DOI: 10.1080/10428194.2019.1579325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Circulating tumor DNA dynamically predicts response and/or relapse in patients with hematological malignancies (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S, Yokoyama K, Yusa N, Ogawa M, Takei T, Kobayashi A, Ito M, Shimizu E, Kasajima R, Wada Y, Yamaguchi R, Imoto S, Nagamura-Inoue T, Miyano S, Tojo A
  • 雑誌名: Int J Hematol 巻: 108(4) 号: 4 ページ: 402-410
  • DOI: 10.1007/s12185-018-2487-2
  • 査読あり
• [学会発表] Theoretical Foundation of the Performance of Phylogeny-Based Somatic Variant Detection (2020)
  • 著者名/発表者名: Moriyama Takuya、Imoto Seiya、Miyano Satoru、Yamaguchi Rui
  • 学会等名: International Symposium on Mathematical and Computational Oncology
  • 国際学会
• [学会発表] 急性骨髄性白血病や骨髄異形成症候群において同種移植後の循環腫瘍DNA残存は再発を予測するバイオマーカーである (2020)
  • 著者名/発表者名: 横山和明
  • 学会等名: 第82回日本血液学会学術集会
• [学会発表] The impact of circulating tumor DNA status on acute myeloid leukemia and myelodysplastic syndromes with alloSCT: Interim results of a prospective study (2020)
  • 著者名/発表者名: Ogawa M, Yokoyama K, et al.
  • 学会等名: 46th EBMT2020
  • 国際学会
• [学会発表] Cell free-DNA based detection of minimal residual disease post allogenic-stem cell transplantation in acute myeloid leukemia and myelodysplastic syndromes (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki Yokoyama, Nozomi Yusa, Mika Ito, Miho Ogawa, Kanya Kondoh, Eigo Shimizu, Seiya Imoto, Arinobu Tojo, Satoshi Takahashi
  • 学会等名: 7th US-Japan Workshop on Biomarkers for Cancer Early Detection
  • 国際学会
• [学会発表] がんのプレシジョン・メディスンにおけるAI活用の試み (2019)
  • 著者名/発表者名: 横山和明
  • 学会等名: 日本血液学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 腫瘍由来循環DNAを用いたAMLおよびMDSの移植後微小残存病変検出に関する後方視的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 横山和明
  • 学会等名: 神奈川移植Forum
  • 招待講演
• [学会発表] 治療関連骨髄系腫瘍15例のゲノム解析と液体生検によるファウンダークローンの後方視的追跡 (2019)
  • 著者名/発表者名: 近藤 幹也, 横山 和明, 遊佐 希, 伊藤 美香, 清水 英悟, 中村 聡介, 小川 弥穂, 武井 智美, 小林 麻子, 笠島 理加, 和田 結花, 山口 類, 井元 清哉, 長村 登紀子, 内丸 薫, 宮野 悟, 東條 有伸
  • 学会等名: 日本血液学会学術集会
• [学会発表] 臨床シークエンスにて確定診断に至った慢性好中球性白血病の２例 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小川 弥穂, 横山 和明, 塚田 信弘, 余語 孝夫3, 近藤 幹也, 武井 智美, 中村 聡介, 伊藤 美香, 小林 麻子, 遊佐 希, 山本 茉子, 笠島 理加, 清水 英悟, 山口 類, 井元 清哉, 宮野 悟, 東條 有伸
  • 学会等名: 日本血液学会学術集会
• [学会発表] Accurate and Flexible Bayesian Mutation Call from Multi-regional Tumor Samples (2019)
  • 著者名/発表者名: Moriyama Takuya、Imoto Seiya、Miyano Satoru、Yamaguchi Rui
  • 学会等名: International Symposium on Mathematical and Computational Oncology
  • 国際学会
• [学会発表] The utility of exome sequence of circulating tumor DNA in drug-resistant and/or advanced phase chronic myeloid leukemia (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Takei, Kazuaki Yokoyama, Sousuke Nakamura, Miho Ogawa, Kanya Kondoh, Eigo Shimizu, Rika Kasajima, Rui Yamaguchi, Seiya Imoto, Satoru Miyano, Arinobu Tojo
  • 学会等名: 日本癌学会学術総会
• [学会発表] Circulating tumor DNA predicts post-allogeneic hematopoietic stem cell transplantation in AML and MDS (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S, Yokoyama K, Shimizu E, Yusa N, Ogawa M, Takei T, Kobayashi A, Ito M, Isobe M, Konuma T, Kato S, Kasajima R, Wada Y, Nagamura-Inoue T, Yamaguchi R, Takahashi S, Imoto S, Miyano S, Tojo A
  • 学会等名: Molecular Med Tri-Con
  • 国際学会
• [学会発表] Prognostic Impact of Circulating Tumor DNA Status Post-Allogeneic Hematopoietic Stem Cell Transplantation in Acute Myeloid Leukemia and Myelodysplastic Syndrome (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S, Yokoyama K, Shimizu E, Yusa N, Kondoh K, Ogawa M, Takei T, Kobayashi A, Ito M, Isobe M, Konuma T, Kato S, Kasajima R, Wada Y, Inoue-Nagamura T, Yamaguchi R, Takahashi S, Imoto S, Miyano S, Tojo A
  • 学会等名: 60th ASH Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Residual circulating tumor DNA status in relapse prediction post allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S, Yokoyama K, Yusa N, Kondo K, Ogawa M, Takei T, Kobayashi A, Ito M, Jimbo K, Tanoue S, Isobe M, Konuma T, Kato S, Shimizu E, Kasajima R, Wada Y, Yamaguchi R, Imoto S, Nagamura-Inoue T, Takahashi S, Miyano S, Tojo A
  • 学会等名: 第13回生命医科学研究所ネットワーク国際シンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] 腫瘍由来循環DNAを用いたAMLおよびMDSの移植後微小残存病変の検出に関する後方視的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S, Yokoyama K, Yusa N, Kondo K, Ogawa M, Takei T, Kobayashi A, Ito M, Jimbo K, Tanoue S, Isobe M, Konuma T, Kato S, Shimizu E, Kasajima R, Wada Y, Yamaguchi R, Imoto S, Nagamura-Inoue T, Takahashi S, Miyano S, Tojo A
  • 学会等名: 第80回日本血液学会学術総会
• [学会発表] Circulating tumor DNA predicts relapse after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation in AML and MDS (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村聡介、横山和明、近藤幹也、武井智美、清水英悟、笠島理加、山口類、井元清哉、宮野悟、東條有伸
  • 学会等名: 第77回日本癌学会学術集会
• [学会発表] Successful application of RHOA p.G17V for diagnosis and disease monitoring in a case of AITL (2018)
  • 著者名/発表者名: 水澤 舞、小川弥穂、横山和明、川俣豊隆、安藤匠平、近藤幹也、武井智美、中村聡介、伊藤美香、遊佐 希、笠島理加、清水英悟、牧山純也、安井 寛、山口 類、井本清哉、宮野 悟、吉川賢忠、田中廣壽、今井陽一、東條有伸
  • 学会等名: 第80回日本血液学会学術集会
• [学会発表] Residual circulating tumor DNA status in relapse prediction post allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村 聡介、横山 和明、遊佐 希、近藤 幹也、小川 弥穂、武井 智美、小林 麻子、伊藤 美香、神保 光児、田上 晋、磯部 優理、小沼 貴晶、加藤 せい子、清水 英悟 、笠島 理加、和田 結花、山口 類、井元 清哉、長村 登紀子、高橋 聡、宮野 悟、東條 有伸
  • 学会等名: 第１８回東京大学生命科学シンポジウム
• [学会発表] Impact of residual circulating tumor DNA status post allogeneic hematopoietic stem cell transplantation on outcome in acute myeloid leukemia and myelodysplastic syndrome (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S, Yokoyama K, Yusa N, Kondo K, Ogawa M, Takei T, Kobayashi A, Ito M, Jimbo K, Tanoue S, Isobe M, Konuma T, Kato S, Shimizu E, Kasajima R, Wada Y, Yamaguchi R, Imoto S, Nagamura-Inoue T, Takahashi S, Miyano S, Tojo A
  • 学会等名: 45th IMSUT Founding Commemorative Symposium