数理モデルを用いた入力刺激パターンからの修飾シグナル病の理解

• 研究領域: 翻訳後修飾によるシグナル伝達制御の分子基盤と疾患発症におけるその破綻
• 研究課題/領域番号: 25117712
• 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: 九州大学 (2014); 東京大学 (2013)
• 研究代表者: 久保田 浩行 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (40376603)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2014年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2013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: トランスオミクス解析 / システムズバイオロジー / インスリン / シミュレーション / リン酸化プロテオーム / メタボローム / システム生物学 / 数理モデル

研究実績の概要

生物の応答は全て、ゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、メタボロームなど、いわゆる「多階層」にまたがるネットワークによって制御されていると言っても過言ではない。しかし、多階層にまたがるネットワークを同定する有効な手法は未だ報告されていない。疾病がシグナル伝達を要とした生物応答の破綻であることを考えると、複数階層のオミクスデータから多階層にまたがるネットワークを同定する手法の開発は、疾病の病因・病態などの包括的な理解のための有効なアプローチの一つになりうると期待できる。そこで我々は、多階層にまたがる1時間以内のインスリン応答に注目して、リン酸化プロテオーム（九州大学中山・松本先生との共同研究）とメタボローム（慶応大学曽我先生との共同研究）の時系列データとKEGGなどの複数のデータベースを用いることで、この2つの階層にまたがるネットワークを推定する手法を開発した（特許取得）。この結果、インスリンによる代謝制御ネットワークの全体像が世界で初めて明らかになった。さらに、本手法により同定された解糖系における新規調節経路の1つについては、実験による検証を行い、同定されたリン酸化が代謝制御に重要であることを明らかにした。また。数理モデルを作成することで、制御に重要な新規のリン酸化やアロステリック分子を推定する手法の開発も行った。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] Reconstruction of Insulin Signal Flow from Phosphoproteome and Metabolome Data (2014)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Yugi, Hiroyuki Kubota, Yu Toyoshima, Rei Noguchi, Kentaro Kawata, Yasunori Komori, Shinsuke Uda, Katsuyuki Kunida, Yoko Tomizawa, Yosuke Funato, Hiroaki Miki, Masaki Matsumoto, Keiichi I. Nakayama, Kasumi Kashikura, Keiko Endo, Kazutaka Ikeda, Tomoyoshi Soga, and Shinya Kuroda
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 8 ページ: 1171-1183
  • NAID: 120005537752
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Reconstruction of Insulin Signal Flow from Phosphoproteome and Metabolome Data. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kubota, Yugi Katsuyuki and Shinya Kuroda
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Protein Modifications in Pathogenic Dysregulation of Signaling.
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-01-24
  • 招待講演
• [学会発表] インスリン作用のトランスオミクス解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 久保田浩行，柚木克之，黒田真也
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会
  • 発表場所: 筑波
  • 年月日: 2014-07-17
  • 招待講演
• [図書] トランスオミクス解析：次なるシグナリング研究を担えるか!? (2015)
  • 著者名/発表者名: 久保田浩行，柚木克之，黒田真也
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 羊土社
• [図書] Temporal coding of Insulin Signaling (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kubota and Shinya Kuroda
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: Springer