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疎性を用いた多階層ネットワークの同定

公募研究

研究領域スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
研究課題/領域番号 26120507
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 複合領域
研究機関九州大学

研究代表者

宇田 新介  九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (20599609)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2015年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2014年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード情報科学 / 機械学習 / システム生物学 / トランスオミクス / スパース性 / 分子ネットワーク
研究実績の概要

近年,測定技術の向上により,遺伝子発現,タンパク質,代謝などの多階層を網羅的に同条件で測定しやすい環境が整って来ており,それら多階層データの解析方法についても需要が増している.特に,分子種間の相互作用ネットワークを知ることは,生命現象の理解の上で重要であると考えられている.網羅的な測定では,一度に同条件で多数の分子種を測定できる利点があるが,階層ごとに程度の違いはあるものの現状では欠損値が発生しやすいという問題もある.従来は,欠損値に対して,比較的アドホックな処理がなされる傾向があったが,欠損値と相互作用ネットワークの間にはお互いからみたときの得られやすさの関連があるため,同時に処理するのがよいと考えられる.
本研究では,欠損あり多階層オミクスデータへの適用を想定した欠損値と相互作用ネットワークを同時に推定する方法を開発し,人工データによる性能評価を数値実験によって行った.分子種間相互作用ネットワークは,偏相関によって近似的に推定する.偏相関による相互作用の推定は,間接的な相互作用の推定となる可能性が高いが,オミクスデータの現状では直接的な相互作用の推定は難しいと考え,比較的シンプルな偏相関を用いることにした.直接的な相互作用ではなく間接的であっても,生命現象の理解に役立つ可能性が十分にあると考えている.分子種間の相互作用は,生化学反応的な知見から密になるとは考えにくく,相互作用ネットワークはエッジの少ない疎な構造を持つと考えられる.また,経験的に分子種の挙動はクラスタを形成して類似していることが多く,データ行列は低ランクに近いことがわかっている.
開発した手法は,人工データによって評価し,手法の有効性を検証した.現在,実データを用いた解析に取り組んでおり,生物学的に新たな知見が得られれば実験によって検証したいと考えている.

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Glucose Homeostatic Law: Insulin Clearance Predicts the Progression of Glucose Intolerance in Humans2015

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Ohashi , Hisako Komada , Shinsuke Uda, Hiroyuki Kubota, Toshinao Iwaki, Hiroki Fukuzawa, Yasunori Komori, Masashi Fujii, Yu Toyoshima, Kazuhiko Sakaguchi, Wataru Ogawa, Shinya Kuroda
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 10 号: 12 ページ: e0143880-e0143880

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0143880

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reconstruction of insulin signal flow from phosphoproteome and metabolome data2014

    • 著者名/発表者名
      Yugi, K., Kubota, H., Toyoshima, Y., Noguchi, R., Kawata, K., Komori, Y., Uda, S., Kunida, K., Tomizawa, Y., Funato, Y., Miki, H., Matsumoto, M., Nakayama, K.I., Kashikura, K., Endo, K., Ikeda, K., Soga, T., Kuroda, S.
    • 雑誌名

      Cell Rep.

      巻: 8 号: 4 ページ: 1171-1183

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2014.07.021

    • NAID

      120005537752

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Estimation method of sparse partial correlation matrix from omics data set with missing values2015

    • 著者名/発表者名
      Shinsuke Uda
    • 学会等名
      International Meeting on “High-Dimensional Data Driven Science” (HD3-2015)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2015-12-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 健常及び肥満マウスの肝臓及び筋肉におけるグルコース負荷に対する代謝変動の網羅的解析2015

    • 著者名/発表者名
      小鍛冶俊也、久保田浩行、伊藤有紀、柚木克之、藤井雅史、宇田新介、国田勝行、曽我朋義、黒田真也
    • 学会等名
      BMB2015 第38回日本分子生物学会年会 第88回日本生化学会大会 合同大会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド
    • 年月日
      2015-12-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] インスリン刺激時における網羅的遺伝子発現調節ネットワークの再構築2015

    • 著者名/発表者名
      川田健太郎、柚木克之、幡野敦、国田勝行、藤井雅史、大野聡、富沢瑶子、佐野貴規、角田裕晶、宇田新介、久保田浩行、鈴木壌、松本雅記、中山敬一、黒田真也
    • 学会等名
      BMB2015 第38回日本分子生物学会年会 第91回日本生化学会大会 合同大会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 欠損ありオミクスデータのための 疎偏相関行列推定法2015

    • 著者名/発表者名
      宇田新介
    • 学会等名
      第18回情報論的学習理論ワークショップ (IBIS2015)
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-11-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Reconstruction of global network of insulin-dependent gene expression based on phosphoproteome and transcriptome data2015

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kawata, Katsuyuki Yugi, Atsushi Hatano, Katsuyuki Kunida, Masashi Fujii, Satoshi Ohno, Yoko Tomizawa, Takanori Sano, Hiroaki Kakuda, Shinsuke Uda, Hiroyuki Kubota, Yutaka Suzuki, Masaki Matsumoto, Keiichi Nakayama and Shinya Kuroda
    • 学会等名
      International Conference on Systems Biology(ICSB2015)
    • 発表場所
      Biopolis,Singapore
    • 年月日
      2015-11-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 疎性を用いた多階層ネットワークの同定2014

    • 著者名/発表者名
      宇田新介
    • 学会等名
      新学術領域研究「スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成」2014年度公開シンポジウム
    • 発表場所
      東京工業大学 すずかけ台キャンパス
    • 年月日
      2014-12-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] インスリン時間パターン依存的な遺伝子発現の選択的応答2014

    • 著者名/発表者名
      佐野貴規,川田健太郎,角田裕晶,久保田浩行,宇田新介,柚木克之,藤井雅史,国田勝行,星野太佑,鈴木穣,黒田真也
    • 学会等名
      第37回分子生物学会年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-11-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ヒトにおける糖代謝メカニズムのシステム生物学的解析2014

    • 著者名/発表者名
      住友洋平,唐沢康暉,宇田新介,大橋郁,平山明由,曽我朋義,黒田真也
    • 学会等名
      第37回分子生物学会年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-11-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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