生命現象の階層横断的な理解を可能する統計的モデリング技術の開発

• 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: 18H04798
• 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
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 島村 徹平 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (00623943)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: マルチオミクス / ベイズモデリング / メタボローム / フローサイトメトリー / 一細胞解析 / システム生物学 / ネットワーク解析 / 代謝

研究実績の概要

著しく変動する外界の環境変化に応じて、細胞は代謝経路を流動的に調整することで生体内の恒常性を維持しているが、その詳細な分子機構は未解明のままである。本研究課題では、さまざまなオミクスの階層横断的な情報統合を行い、代謝アダプテーションの分子機序を解明するための統計的モデリング技術を開発する。また、計画班との有機的な連携のもと、代謝アダプテーションへの知見と理解を深め、階層横断的な情報統合を行う数理アプローチによる知識発見・仮説生成から生命科学のイノベーションを創出する情報解析基盤の構築を目指す。令和元年度は以下の進展があった。①時系列一細胞解析のためのクラスタリング手法の開発：一細胞時系列フローサイトメトリーデータから、細胞集団と集団時系列推移を同時に同定するためのベイズモデリング技術を開発し、シミュレーションデータおよび実データで、開発技術の有用性を示した。②栄養飢餓耐性に寄与するがん代謝物の発見：マルチオミクス解析により、低栄養状態のがん組織において、栄養飢餓の中でも特にグルタミンの欠乏が、がんの悪性化に関わることを示した。また、がん細胞がグルタミンの欠乏に対して特異的にがん代謝物（オンコメタボライト）を蓄積して飢餓耐性を獲得するメカニズムとともに、ある特定のがん代謝物が患者予後に相関することを明らかにするとともに、代謝制御に基づく新たながん治療法の可能性を示すなどの成果を得た。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Coordinated demethylation of H3K9 and H3K27 is required for rapid inflammatory responses of endothelial cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Higashijima Y, Matsui Y, Shimamura T, Nakaki R, Nagai N, Tsutsumi S, Abe Y, Link VM, Osaka M, Yoshida M, Watanabe R, Tanaka T, Taguchi A, Miura M, Ruan X, Li G, Inoue T, Nangaku M, Kimura H, Furukawa T, Aburatani H, Wada Y, Ruan Y, Glass CK, Kanki Y
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 39 号: 7 ページ: 1-1
  • DOI: 10.15252/embj.2019103949
  • NAID: 120006902140
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Model-based cell clustering and population tracking for time-series flow cytometry data. (2019)
  • 著者名/発表者名: Minoura K, Abe K, Maeda Y, Nishikawa H, Shimamura T.
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 巻: 20(Suppl 23) 号: S23 ページ: 633-633
  • DOI: 10.1186/s12859-019-3294-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphoethanolamine Accumulation Protects Cancer Cells under Glutamine Starvation through Downregulation of PCYT2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Osawa T, Shimamura T, Saito K, Hasegawa Y, Ishii N, Nishida M, Ando R, Kondo A, Anwar M, Kato K, Endo K, Yamano S, Kanki Y, Matsumura Y, Minami T, Tanaka T, Anai M, Wada Y, Wanibuchi H, Hayashi M, Hamada A, Yoshida M, Yachida S, Nakao M, Sakai J, Aburatani H, Shibuya M, Hanada K, Miyano S, Soga T, Kodama T
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 29(1) 号: 1 ページ: 89-103
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.08.087
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Replication stress triggers microsatellite destabilization and hypermutation leading to clonal expansion in vitro (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuno Yusuke、Atsumi Yuko、Shimizu Atsuhiro、Katayama Kotoe、Fujimori Haruka、Hyodo Mai、Minakawa Yusuke、Nakatsu Yoshimichi、Kaneko Syuzo、Hamamoto Ryuji、Shimamura Teppei、Miyano Satoru、Tsuzuki Teruhisa、Hanaoka Fumio、Yoshioka Ken-ichi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 3925-3925
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11760-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinct methylation levels of mature microRNAs in gastrointestinal cancers (2019)
  • 著者名/発表者名: Konno Masamitsu、Koseki Jun、Asai Ayumu、Yamagata Akira、Shimamura Teppei、Motooka Daisuke、Okuzaki Daisuke、Kawamoto Koichi、Mizushima Tsunekazu、Eguchi Hidetoshi、Takiguchi Shuji、Satoh Taroh、Mimori Koshi、Ochiya Takahiro、Doki Yuichiro、Ofusa Ken、Mori Masaki、Ishii Hideshi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 3888-3888
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11826-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Meflin-Positive Cancer-Associated Fibroblasts Inhibit Pancreatic Carcinogenesis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizutani Y, Kobayashi H, Iida T, Asai N, Masamune A, Hara A, Yamaguchi J, Wang T, Woods SL, Worthley D, Shimamura T, Fujishiro M, Hirooka Y, Enomoto A, Takahashi M. et al.
  • 雑誌名: Cancer Res. 巻: 79 号: 20 ページ: 5367-5381
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-19-0454
  • NAID: 120006786261
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pathogenic Epigenetic Consequences of Genetic Alterations in IDH-Wild-Type Diffuse Astrocytic Gliomas (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohka Fumiharu、Shinjo Keiko、Deguchi Shoichi、Matsui Yusuke et al.
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: 79 号: 19 ページ: 4814-4827
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-19-1272
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Divergent lncRNA MYMLR regulates MYC by eliciting DNA looping and promoter-enhancer interaction (2019)
  • 著者名/発表者名: Kajino T, Shimamura T, Gong S, Yanagisawa K, Ida L, Nakatochi M, Griesing S, Shimada Y, Kano K, Suzuki M, Miyano S
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 38 号: 17 ページ: 1-13
  • DOI: 10.15252/embj.201798441
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ENIGMA: An Enterotype-Like Unigram Mixture Model for Microbial Association Analysis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Abe K, Hirayama H, Ohno K, Shimamura T.
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 20(Suppl 2) 号: S2 ページ: 191-191
  • DOI: 10.1186/s12864-019-5476-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regnase-1-mediated post-transcriptional regulation is essential for hematopoietic stem and progenitor cell homeostasis (2019)
  • 著者名/発表者名: Kidoya H, Muramatsu F, Shimamura T, Jia W, Satoh T, Hayashi Y, Naito H, Kunisaki Y, Arai F, Seki M, Suzuki Y, Osawa T, Akira S., Takakura N.
  • 雑誌名: Nature Commun, 巻: 10 号: 1 ページ: 1072-1072
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09028-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Network of Networks Approach for Modeling Interconnected Brain Tissue-Specific Networks. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawakubo H, Matsui Y, Kushima I, Ozaki N, Shimamura T.
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: - 号: 17 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btz032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GIMLET: Identifying biological modulators in context-specific gene regulation using local energy statistics. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimamura T, Matsui Y, Kajino T, Ito S, Takahashi T, Miyano S.
  • 雑誌名: Lecture Notes in Bioinformatics 巻: 10834 ページ: 115-123
  • DOI: 10.1101/349928
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tumor subclonal progression model for cancer hallmark acquisition. (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui Y, Miyano S, Shimamura T.
  • 雑誌名: Lecture Notes in Bioinformatics 巻: 10834 ページ: 124-137
  • DOI: 10.1101/149252
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative Analyses of Copy-Number Variation in Autism Spectrum Disorder and Schizophrenia Reveal Etiological Overlap and Biological Insights. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kushima I, (27名中略）, Hashimoto R,(80名中29番目) , et al.
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 24(11) 号: 11 ページ: 2838-2856
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.08.022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A latent allocation model for the analysis of microbial composition and disease (2018)
  • 著者名/発表者名: Abe K, Hirayama H, Ohno K, Shimamura T.
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 巻: 19(Suppl 19) 号: S19 ページ: 519-519
  • DOI: 10.1186/s12859-018-2530-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A temporal shift of the evolutionary principle shaping intratumor heterogeneity in colorectal cancer (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito T, Niida A, Uchi R, Hirata H, Kodama M, Okimoto T, Murakami K, Suzuki Y, Ogawa S, Miyano S, Mimori K, et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 2884-2884
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05226-0
  • NAID: 120006551763
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] hibition controls aggressive prostate tumors deficient in Y-linked histone demethylase KDM5D. (2018)
  • 著者名/発表者名: Komura K、Yoshikawa Y, Shimamura T, Chakraborty G, Gerke TA, Hinohara K, Chadalavada K, Jeong SH, Armenia J, Du SY, Mazzu YZ, Taniguchi K, Ibuki N, Meyer CA, Nanjangud GJ, Inamoto T, Lee GM, Mucci LA, Azuma H, Sweeney CJ, Kantoff PW.
  • 雑誌名: Journal of Clinical Investigation 巻: 128(7) 号: 7 ページ: 2979-95
  • DOI: 10.1172/jci96769
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of Cardiomyocyte-Fated Progenitors from Human-Induced Pluripotent Stem Cells Marked with CD82 (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeda Masafumi、Kanki Yasuharu、Masumoto Hidetoshi、Funakoshi Shunsuke、Hatani Takeshi、Fukushima Hiroyuki、Izumi-Taguchi Akashi、Matsui Yusuke、Shimamura Teppei、Yoshida Yoshinori、Yamashita Jun K.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 22 号: 2 ページ: 546-556
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.12.057
  • NAID: 120006460050
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] データサイエンスを駆動力とした多細胞ダイナミクスの数理モデリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 新学術領域「細胞ダイバース」第3回若手ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 数理モデリングによる生命現象の理解と制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 東北大学加齢研究所セミナー・キャノンメディカルシステムズARL共催セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 多細胞時空間動態のベイズモデリングとその応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第2回日本メディカルAI学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 多細胞時空間解析のためのデータサイエンス (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第11回がんゲノム・エピゲノム数理統計研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 多細胞時空間解析のためのデータサイエンス (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 医学と予兆学～疾病発生および治癒効果の予兆に向けて～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 名古屋大学予兆学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 一細胞遺伝子発現プロファイルからの細胞集団および細胞間コミュニケーションの動態モデリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 一細胞時空間オミクス解析のためのデータサイエンス (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] がん免疫療法の耐性化ダイナミクスを理解するための数理モデリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 阿部興、島村徹平
  • 学会等名: 日本バイオインフォマティクス学会2019年年会・第8回生命医薬情報学連合大会
  • 招待講演
• [学会発表] 拡張された非負値行列因子分解によるオミクスデータの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 2019年度統計関連学会連合大会
  • 招待講演
• [学会発表] データサイエンスを駆動力とした多細胞時空間動態のモデリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: Single-Cell 2019 OSAKAセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] データサイエンスとAIで迫る時空間オミクス研究の現在と未来 (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「がん研究の新機軸」
  • 招待講演
• [学会発表] Sparse Regression Modeling of Drug Response with A Localized Estimation Framework (2018)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: The Pacific Symposium on Biocomputing (PSB) 2018
  • 国際学会
• [学会発表] データサイエンスとの連携・融合による生命科学研究の新時代 (2018)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第61回日本神経化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] バイオインフォマティクスにおけるスパースモデリング (2018)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 日本行動計量学会 第46回大会
  • 招待講演
• [学会発表] がん微小環境における細胞間相互作用のモデリング (2018)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 2018年度統計関連学会連合大会
  • 招待講演
• [学会発表] 疾患メタゲノム解析のためのベイズモデリング (2018)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第7回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2018)
  • 招待講演
• [学会発表] 腫瘍内不均一性の一細胞トランスクリプトーム解析のためのバイオインフォマティクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第77回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] がん免疫システムの時間・空間・個体間多様性を読み解くデータサイエンス (2018)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
  • 招待講演