多階層に跨る生体シグナル伝達システムの数理解析

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: 数理解析に基づく生体シグナル伝達システムの統合的理解
• 研究課題/領域番号: 16H06577
• 研究機関: 九州大学
• 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): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: 数理解析 / システム生物学 / インスリン / 肥満 / トランスオミクス解析 / ネットワーク

研究実績の概要

生命現象は全てゲノム・エピゲノム・トランスクリプトーム・プロテオーム・メタボロームなどと呼ばれる階層によって制御されている。われわれは、多階層に跨るネットワークの数理モデルを作成する一つのアプローチとして、多階層のオームデータからネットワークを構築し知識を抽出する「トランスオミクス解析」を提唱し研究を行った。われわれはマウスにインスリン刺激を行い、肝臓のトランスクリプトーム・発現プロテオーム・リン酸化プロテオーム・メタボロームの４階層の網羅的な時系列データを取得し、機能などに関する既知知見を統合することにで，インスリンのシグナルがどのように肝臓細胞の分子群に伝搬していくかを表すネットワークを再構築した。これらのネットワークの時間変化に注目し、インスリンシグナルの情報を細胞内に広く伝達する経路や、RNAやタンパク質の量を調節する経路、代謝反応に関連する経路などが、異なるタイミングで個別の分子レベルではなく機能のレベル（メタレベル）で協調的に働き，肝臓が適切にインスリンに応答して機能することを見出した。また、肝臓における肥満進行の応答を明らかにするため、エピゲノム・トランスクリプトーム・発現プロテオーム・リン酸化プロテオーム・メタボロームの5階層のデータを取得し、ネットワークの再構築を試みている。これらの結果から、経路に応じて時間的かつ階層に依存した制御がなされていることを見出し、多階層ネットワークによって生み出されるメタレベルでの制御の理解を進めている。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2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] Multi-omics-based label-free metabolic flux inference reveals obesity-associated dysregulatory mechanisms in liver glucose metabolism (2022)
  • 著者名/発表者名: Uematsu Saori、Ohno Satoshi、Tanaka Kaori Y.、Hatano Atsushi、Kokaji Toshiya、Ito Yuki、Kubota Hiroyuki、Hironaka Ken-ichi、Suzuki Yutaka、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Hirayama Akiyoshi、Soga Tomoyoshi、Kuroda Shinya
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 ページ: 103787～103787
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.103787
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Four features of temporal patterns characterize similarity among individuals and molecules by glucose ingestion in humans (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujita Suguru、Karasawa Yasuaki、Fujii Masashi、Hironaka Ken-ichi、Uda Shinsuke、Kubota Hiroyuki、Inoue Hiroshi、Sumitomo Yohei、Hirayama Akiyoshi、Soga Tomoyoshi、Kuroda Shinya
  • 雑誌名: npj Systems Biology and Applications 巻: 8 ページ: 6
  • DOI: 10.1038/s41540-022-00213-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An extensive and dynamic trans-omic network illustrating prominent regulatory mechanisms in response to insulin in the liver (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki Fumiko、Uda Shinsuke、Yamauchi Yukiyo、Matsumoto Masaki、Soga Tomoyoshi、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki、Nakayama Keiichi I.、Kuroda Shinya、Kubota Hiroyuki
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 36 ページ: 109569～109569
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109569
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Selective Regulation of the Insulin-Akt Pathway by Simultaneous Processing of Blood Insulin Pattern in the Liver. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kubota H.
  • 雑誌名: Methods of Mathematical Oncology, 巻: 1 ページ: 203-213
  • 査読あり
• [雑誌論文] Trans-omic analysis reveals obesity-associated dysregulation of inter-organ metabolic cycles between the liver and skeletal muscle (2021)
  • 著者名/発表者名: Egami R., Kokaji T., Hatano A., Yugi K., Eto M., Morita K., Ohno S., Fujii M., Hironaka K., Uematsu S., Terakawa A., Bai Y., Pan Y., Tsuchiya T., Ozaki H., Inoue H., Uda S., Kubota H., Suzuki Y., Matsumoto M., Nakayama K. I., Hirayama A., Soga T., Kuroda S.
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 ページ: 102217～102217
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102217
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single-Cell Information Analysis Reveals That Skeletal Muscles Incorporate Cell-to-Cell Variability as Information Not Noise (2020)
  • 著者名/発表者名: Wada Takumi、Hironaka Ken-ichi、Wataya Mitsutaka、Fujii Masashi、Eto Miki、Uda Shinsuke、Hoshino Daisuke、Kunida Katsuyuki、Inoue Haruki、Kubota Hiroyuki、Takizawa Tsuguto、Karasawa Yasuaki、Nakatomi Hirofumi、Saito Nobuhito、Hamaguchi Hiroki、Furuichi Yasuro、Manabe Yasuko、Fujii Nobuharu L.、Kuroda Shinya
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 32 ページ: 108051～108051
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108051
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transomics analysis reveals allosteric and gene regulation axes for altered hepatic glucose-responsive metabolism in obesity (2020)
  • 著者名/発表者名: Kokaji T., Hatano A., Ito Yuki, Yugi K., Eto M., Morita K., Ohno S., Fujii M., Hironaka K., Egami R., Terakawa A., Tsuchiya T., Ozaki H., Inoue H., Uda S., Kubota H., Suzuki Y., Ikeda K., Arita M., Matsumoto M., Nakayama K. I., Hirayama A., Soga T., Kuroda S.
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 13 ページ: eaaz1236
  • DOI: 10.1126/scisignal.aaz1236
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Trans-omic analysis of insulin response in the liver. (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki F., Uda S., Yamauchi Y., Kubota H.
  • 学会等名: International Symposium on Evolutionary Genomics and Bioinformatics 2022 (ISEGB2022),
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] トランスオミクス解析を用いたマウス肝臓におけるインスリン作用の全体像の理解 (2021)
  • 著者名/発表者名: 久保田 浩行
  • 学会等名: 第３回日本メディカルAI学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] トランスオミクス解析を用いた疾患の理解 (2021)
  • 著者名/発表者名: 久保田浩行
  • 学会等名: 第46回日本脳卒中学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Selective regulation of the Insulin-AKT pathway by simultaneous processing of blood insulin pattern in the liver. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kubota.
  • 学会等名: Fusion of Mathematics and Biology, Online Meeting.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Comparison of hepatic responses to glucose perturbation between normal and obese mice using edge ontology. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuki Ito, Shinsuke Uda, Toshiya Kokaji, Akiyoshi Hirayama, Tomoyoshi Soga, Yutaka Suzuki, Shinya Kuroda and Hiroyuki Kubota.
  • 学会等名: Fusion of Mathematics and Biology, Online Meeting.
  • 国際学会
• [図書] 疾患原因遺伝子・タンパク質の解析技術と創薬/診断技術への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松﨑芙美子、久保田浩行
  • 総ページ数: 530
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] 遺伝学の百科事典 (2021)
  • 著者名/発表者名: 久保田浩行
  • 総ページ数: 690
  • 出版者: 丸善出版
• [図書] レディオミクス入門 (2021)
  • 著者名/発表者名: 久保田浩行
  • 総ページ数: 338
  • 出版者: オーム社
• [備考]
  • URL: https://www.bioreg.kyushu-u.ac.jp/labo/omics/