ヒト赤血球代謝応答の大規模数理モデルによる予測と網羅的代謝解析による実証

• 研究課題/領域番号: 20790237
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 医化学一般
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 谷内江 綾子 慶應義塾大学, 医学部, 助教 (10453549)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2009年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2008年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: システム生物学 / シミュレーション / 血液保存 / メタボローム / 代謝解析 / 代謝シミュレーション / 細胞シミュレーション / 赤血球 / 保存血液 / アデノシン / 低酸素応答

研究概要

大規模なヒト赤血球代謝シミュレーションモデルを用いて生理的条件下でのアデノシンに対する赤血球代謝応答の再現を行った。その結果、アデノシンを大量に取り込むことで却って総ATP量が低下する事、低酸素時にはヘモグロビンのT-state遷移に応答した解糖系活性化が補償的に働くことで、細胞外アデノシン増加によるATP量の減少が抑えられる事が予測され、メタボローム解析によって実証された。更に、シミュレーションモデルを用いた高速かつ低コストなスクリーニングによる保存条件の最適化を目指し、MAP低温保存赤血球の長期間での代謝動態を定量的に再現し得るモデルを作成した。

研究成果

• [雑誌論文] A Metabolic Model of Human Erythrocytes: Practical Application of the E-Cell Simulation Environment (2010)
  • 著者名/発表者名: Yachie-Kinoshita, A., Nishino, T., Shimo, H., Suematsu, M., Tomita, M.
  • 雑誌名: J Biomed Biotechnol (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Paradoxical ATP elevation in ischemic penumbra revealed by quantitative imaging mass spectrometry Antioxid (2010)
  • 著者名/発表者名: Hattori, K., Kajimura, M., Hishiki, T., Nakanishi, T., Kubo, A., Nagahata, Y., Ohmura, M., Yachie-Kinoshita, A., Matsuura, T., Morikawa, T., Nakamura, T., Setou, M., Suematsu, M.
  • 雑誌名: Redox Signal (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hypotaurine is an energy-saving hepatoprotective compound against ischemia-reperfusion injury of the rat liver (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakuragawa, T., Hishiki, T., Ueno, Y., Ikeda, S., Soga, T., Yachie-Kinoshita, A., Kajimura, M., Suematsu, M.
  • 雑誌名: J. Clin. Biochem. Nutr. 46(2) ページ: 126-134
  • 査読あり
• [雑誌論文] T-state stabilization of hemoglobin by nitric oxide to form a-nitrosyl heme causes constitutive release of ATP from human erythrocytes (2010)
  • 著者名/発表者名: Akatsu, T., Tsukada, K., Hishiki, T., Suganuma, K., Tanabe, M., Shimazu, M., Kitagawa, Y., Yachie-Kinoshita, A., Suematsu, M.
  • 雑誌名: Advances in Experimental Medicine and Biology 662 ページ: 109-114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hypotaurine is an energy-saving hepatoprotective compound against ischemia-reperfusion injury of the rat liver. (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakuragawa, T., Hishiki, T., Ueno, Y., Ikeda, S., Soga, T., Yachie-Kinoshita, A.,Kajimura, M.,Suematsu, M
  • 雑誌名: J Clin Biochem Nutr. 46(2) ページ: 126-134
  • 査読あり
• [雑誌論文] T-state stabilization of hemoglobin by nitric oxide to form alpha-nitrosyl heme causes constitutive release of ATP from human erythrocytes. (2010)
  • 著者名/発表者名: Akatsu T, Tsukada K, Hishiki T, Suga-Numa K, Tanabe M, Shimazu M,Kitagawa Y,Yachie-Kinoshita A, Suematsu M.
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 66 ページ: 109-114
  • 査読あり
• [雑誌論文] In silico modeling and metabolome analysis of long-stored erythrocytes to improve blood storage methods (2009)
  • 著者名/発表者名: Nishino, T., Yachie-Kinoshita, A. * (* corresponding authour), Hirayama, A., Soga, T., Suematsu, M., Tomita, M.
  • 雑誌名: J Biotechnol 144(3) ページ: 212-223
  • 査読あり
• [雑誌論文] E-Cell systemによるヒト赤血球代謝シミュレーションの展開 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西野泰子谷内江綾子冨田勝
  • 雑誌名: 人工血液 17(1) ページ: 37-43
• [雑誌論文] In silico modeling and metabolome analysis of long-stored erythrocytes to improve blood storage methods. (2009)
  • 著者名/発表者名: Nishino T, Yachie-Kinoshita A, Hirayama A, Soga T, Suematsu M, Tomita M.
  • 雑誌名: J Biotechnol 114(3) ページ: 212-223
  • 査読あり
• [雑誌論文] E-Cell systemによるヒト赤血球代謝シミュレーションの展開 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西野泰子, 谷内江綾子, 冨田勝
  • 雑誌名: 人工血液 17(1)(掲載決定済、未刊行)
• [学会発表] Development of hepatic lobular model of metabolism based on large-scale biosimulation at individual cellular level (2010)
  • 著者名/発表者名: Yahcie-Kinoshita A, Kawahara H., Suematsu M.
  • 学会等名: 2nd Bio-SuperComputing Symposium 2009
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Development of hepatic lobular model of metabolism based on large-scale biosimulation at individual cellular level (2010)
  • 著者名/発表者名: Yahcie-Kinoshita A, Kawahara H., Suematsu M.
  • 学会等名: The 2^<nd> Biosupercomputing Symposium
  • 発表場所: MY PLASAホール(東京)
• [学会発表] シミュレーションとメタボローム解析による新規血液保存法の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西野泰子, 谷内江綾子, 平山明由, 曽我朋義, 末松誠, 冨田勝
  • 学会等名: 第32回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 新規血液保存法の開発に向けた保存赤血球シミュレーションとメタボローム解析」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西野泰子, 谷内江綾子, 平山明由, 曽我朋義, 末松誠, 冨田勝
  • 学会等名: 第4回メタボロームシンポジウム
  • 発表場所: 横浜市立横浜サイエンスフロンティア高等学校
• [学会発表] 赤血球代謝シミュレーションとメタボローム解析による新規血液保存法の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西野泰子, 谷内江綾子, 平山明由, 曽我朋義, 末松誠, 冨田勝
  • 学会等名: 第82回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
• [学会発表] Mathematical modeling of preserved red blood cells towards improvement of blood storage (2009)
  • 著者名/発表者名: Nishino, T., Yachie-Kinoshita, A., Hirayama, A., Soga, T., Suematsu, M. Tomita, M
  • 学会等名: The 10^<th> International Conference on Systems Biology
  • 発表場所: Stanford, CA, USA
• [学会発表] 網羅的代謝解析により強化された肝細胞代謝モデルの開発と応用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 谷内江綾子, 藤木夏子, 福田亮, 末松誠
  • 学会等名: バイオスーパーコンピューティングシンポジウム2008
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-12-25
• [学会発表] 赤血球代謝モデルの応用と4D細胞シミュレーションへの拡張 (2008)
  • 著者名/発表者名: 谷内江綾子, 川原仁志, 西野泰子, 須永泰弘, 野田茂穂, 大日向大地, 横田秀夫,末松誠
  • 学会等名: バイオスーパーコンピューティングシンポジウム2008
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-12-25
• [学会発表] 細胞における代謝の時空間シミュレーション (2008)
  • 著者名/発表者名: 谷内江綾子川原仁志野田茂穂須 永泰弘大日向大地横田秀夫末松誠
  • 学会等名: BMB2008第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2008-12-11
• [学会発表] 細胞における代謝の時空間シミュレーション (2008)
  • 著者名/発表者名: 谷内江綾子, 川原仁志, 野田茂穂, 須永泰弘, 大日向大地, 横田秀夫, 末松誠
  • 学会等名: BMB2008第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸市
  • 年月日: 2008-12-11
• [学会発表] ヒト赤血球代謝シミュレーションとメタボローム技術によるMAP保存赤血球代謝の予測と解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 西野泰子, 谷内江綾子, 末松誠, 冨田勝
  • 学会等名: BMB2008 第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸市
  • 年月日: 2008-12-11
• [学会発表] ヒト赤血球低温保存モデルのシミュレーション解析とメタボローム測定による検証 (2008)
  • 著者名/発表者名: 西野泰子, 谷内江綾子, 平山明由, 曽我朋義, 末松誠, 冨田勝
  • 学会等名: 第3回メタボロームシンポジウム
  • 発表場所: 鶴岡市
  • 年月日: 2008-10-31
• [学会発表] Simulation and metabolome analysis of human red blood cells during storage in MAP medium at 4℃ (2008)
  • 著者名/発表者名: Taiko Nishino, Ayako Yachie-Kinoshita, Makoto Suematsu and Masaru Tomita
  • 学会等名: The 9th International Conference on Systems Biology
  • 発表場所: Gothenburg, Sweden
  • 年月日: 2008-08-24
• [学会発表] Simulation on Temporospatial Dynamics of Cellular Metabolism (2008)
  • 著者名/発表者名: Ayako Yachie-Kinoshita, Shigeho Noda, Shin Yoshizawa, Hideo Yokota and Makoto Suematsu
  • 学会等名: 1st Joint Workshop on Computational Science
  • 発表場所: 和光市
  • 年月日: 2008-07-08
• [学会発表] 赤血球代謝モデルの応用と4D細胞シミュレーションへの拡張 (2008)
  • 著者名/発表者名: 谷内江綾子川原仁志西野泰子須 永泰弘野田茂穂大日向大地横田秀夫末松誠
  • 学会等名: Bio-SuperComputing Symposium
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 網羅的代謝解析により強化された肝細胞代謝モデルの開発と応用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 谷内江綾子藤木夏子福田亮末松誠
  • 学会等名: Bio-SuperComputing Symposium
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 細胞シミュレーションとメタボローム解析による実証 (2008)
  • 著者名/発表者名: 谷内江綾子
  • 学会等名: 第291回CBI学会研究講演会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 1st Joint Workshop on Computational Science (2008)
  • 著者名/発表者名: Yachie-Kinoshita, A., Noda, S., Yoshizawa, S., Yokota, H., Suematsu, M.
  • 学会等名: Simulation on Temporospatial Dynamics of Cellular Metabolism
  • 発表場所: Tokyo
• [図書] E-Cell System: Basic Concepts and Applications(Simulation of metabolism in human erythrocytes.) (2010)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita A.
  • 出版者: Landes Bioscience(in press)
• [備考] Poster Award (Tokyo 2010. 3) 2nd Bio-Supercomputing Symposium 2009
• [備考] Poster Award (Tokyo 2008. 12) Bio-Supercomputing Symposium 2008