計算とシミュレーションによるがんシステム学の創成

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: システム的統合理解に基づくがんの先端的診断、治療、予防法の開発
• 研究課題/領域番号: 22134004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 宮野 悟 東京大学, 医科学研究所, 教授 (50128104)
• 研究分担者: 井元 清哉 東京大学, 医科学研究所, 准教授 (10345027) ; 山口 類 東京大学, 医科学研究所, 講師 (90380675) ; 玉田 嘉紀 東京大学, 情報理工学(系)研究科, 助教 (80435495)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: がん / システム生物学 / ゲノム科学 / バイオインフォマティクス / 遺伝統計学 / スーパーコンピュータ / 遺伝子ネットワーク / シークエンス解析

研究実績の概要

がんを統合的に理解するためのシステム的方法論の構築に関して、次の成果を得た。
（１）シークエンスデータ解析法：Pairedのコントロールデータがないがんサンプルの場合にも有効な、リカレントなゲノム変異を検定するParametric Aberration Recurrent Test for unpaired data (PART-up) を開発した。また、whole Transcriptome シークエンスの結果であるFASTQファイルのマッピング、融合遺伝子の検出、融合遺伝子候補の一覧を出力するソフトウェアGenomon-fusionを開発した。
（２）がん遺伝子ネットワーク解析：遺伝子発現プロファイルデータセットから、二値のフェノタイプを特徴付けるパスウェイを見つける統計的方法を開発した。まずSparse Probabilistic Principal Component Analysisにより各パスウェイの活性度を推定する。次にフェノタイプと強く関連する遺伝子ネットワークをリバースエンジニアする。そしてパスウェイ活性度とフェノタイプに基づいたロジスティック回帰モデルを作る。パラメータの推定にはelastic netを用いた。738個の乳がんデータセットとER陽性/陰性を二値フェノタイプとして、全プロセスをスーパーコンピュータ上で実装し、方法の有効性を確認した。
（３）時系列データから動的ネットワークを抽出してシステムとして解析するプロセスなどをパイプラインとしてグラフィカルに作成し、データ解析・可視化・シミュレーション解析を統合的に行うツールXiPを開発した。Rを使った処理が可能であり、Galaxyツールをコンポーネントとして組み込むことも可能となっている。
（４）班員、及び連携研究者等とのシステムがんの共同研究を進め、データ解析を通して、腫瘍抑制遺伝子などの探索に貢献した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまで継続して開発してきたシステム解析のための個々の要素技術開発は、ほぼ完了した。一方、あらたな問題として、がんのヘテロ性をシステム的に理解するための方法論の開発が必要となった。また、班員、及び連携研究者との共同研究が大きく進み、その成果が多くでている。また、オミクスデータのシステム的統合理解への方法論も徐々に構築されてきており、今後期待できる。

今後の研究の推進方策

システムがん全体における情報系・統計科学研究者のデータ処理の負荷がますます大きくなり、新たな方法論の開発に余力がなくなっていることが問題である。また、計算資源はおもに東京大学医科学研究所ヒトゲノム解析センターのスパコンを利用しているが、ストレージを始めとして計算資源の不足が次第に深刻になっている。若干のストレージの追加はおこなったが、データの増加に十分とはいえない状況である。

研究成果

• [雑誌論文] Vasohibin-1 is identified as a master-regulator of endothelial cell apoptosis using gene network analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: Affara M, Sanders D, Araki H, Tamada Y, Dunmore B, Humphreys S, Imoto S, Savoie C, Miyano S, Kuhara S, Print C, Charnock-Jones DS
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 14(1) ページ: 23
  • DOI: doi: 10.1186/1471-2164-14-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] The tumor-suppressive miR-497-195 cluster targets multiple cell-cycle regulators in hepatocellular carcinoma (2013)
  • 著者名/発表者名: Furuta M, Kozaki K, Tanimoto K, Tanaka S, Arii S, Shimamura S, Niida A, Miyano S, Inazawa J
  • 雑誌名: PLOS One 巻: 8(3) ページ: e60155
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0060155
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular features of triple negative breast cancer cells by genome-wide gene expression profiling analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: Komatsu M, Yoshimaru T, Matsuo T, Kiyotani K, Miyoshi Y, Tanahashi T, Rokutan K, Yamaguchi R, Saito A, Imoto S, Miyano S, Nakamura Y, Sasa M, Shimada M, Katagiri T
  • 雑誌名: Int J Oncol 巻: 42(2) ページ: 478-506
  • DOI: doi: 10.3892/ijo.2012.1744
  • 査読あり
• [雑誌論文] XiP: a computational environment to create, extend and share workflows (2013)
  • 著者名/発表者名: Nagasaki M, Fujita A, Sekiya Y, Saito A, Ikeda E, Li C, Miyano S
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 29(1) ページ: 137-139
  • DOI: doi: 10.1093/bioinformatics/bts630
  • 査読あり
• [雑誌論文] PRD: A protein-RNA interaction database (2012)
  • 著者名/発表者名: Fujimori S, Hino K, Saito A, Miyano S, Miyamoto-Sato E
  • 雑誌名: Bioinformation 巻: 8(15) ページ: 729-730
  • DOI: doi: 10.6026/97320630008729
  • 査読あり
• [雑誌論文] IRView: a database and viewer for protein interacting regions (2012)
  • 著者名/発表者名: Fujimori S, Hirai N, Masuoka K, Oshikubo T, Yamashita T, Washio T, Saito A, Nagasaki M, Miyano S, Miyamoto-Sato E
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 28(14) ページ: 1949-1950
  • DOI: doi: 10.1093/bioinformatics/bts289
  • 査読あり
• [雑誌論文] Whole-genome sequencing of liver cancers identifies etiological influences on mutation patterns and recurrent mutations in chromatin regulators (2012)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto A, Totoki Y, （11名）, Nagasaki M, Shibuya T, （2名）, Tanaka H, （19名）, Miyano S, Nakagama H, Nakamura Y, Tsunoda T, Shibata T, Nakagawa H
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 44(7) ページ: 760-764
  • DOI: doi: 10.1038/ng.2291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional clustering of time series gene expression data by Granger causality (2012)
  • 著者名/発表者名: Fujita A, Severino P, Kojima K, Sato JR, Patriota AG, Miyano S
  • 雑誌名: BMC Systems Biology 巻: 6 ページ: 137
  • DOI: doi: 10.1186/1752-0509-6-137
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene network inference and visualization tools for biologists: application to new human transcriptome datasets (2012)
  • 著者名/発表者名: Hurley D, Araki H, Tamada Y, （４名）, Imoto S, Yasuda K, Tomiyasu Y, Tashiro K, Savoie C, Cho V, Smith S, Kuhara S, Miyano S, Charnock-Jones DS, Crampin EJ, Print CG
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 40(6) ページ: 2377-2398
  • DOI: doi: 10.1093/nar/gkr902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increased risk for CRC in diabetic patients with the nonrisk allele of SNPs at 8q24 (2012)
  • 著者名/発表者名: Ishimaru S, Mimori K, Yamamoto K, Inoue H, Imoto S, Kawano S, Yamaguchi R, (18名), Miyano S, Mori M
  • 雑誌名: Ann Surg Oncol 巻: 19(9) ページ: 2853-2858
  • DOI: doi: 10.1245/s10434-012-2278-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identifying Gene pathways associated with cancer characteristics via sparse statistical methods (2012)
  • 著者名/発表者名: Kawano S, Shimamura T, Niida A, Imoto S, Yamaguchi R, Nagasaki M, Yoshida R, Print C, Miyano S
  • 雑誌名: IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics 巻: 9(4) ページ: 966-972
  • DOI: doi: 10.1109/TCBB.2012.48
  • 査読あり
• [雑誌論文] Statistical model-based testing to evaluate the recurrence of genomic aberrations (2012)
  • 著者名/発表者名: Niida A, Imoto S, Shimamura T, Miyano S
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 28(12) ページ: i115-i120
  • DOI: doi: 10.1093/bioinformatics/bts203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational gene network analysis reveals TNF-induced angiogenesis (2012)
  • 著者名/発表者名: Ogami K, Yamaguchi R, Imoto S, Tamada Y, Araki H, Print C, Miyano S
  • 雑誌名: BMC Systems Biology 巻: 6 (Suppl 2) ページ: S12
  • DOI: doi: 10.1186/1752-0509-6-S2-S12
  • 査読あり
• [雑誌論文] A between-class overlapping filter-based method for transcriptome data analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: Sharma A, Imoto S, Miyano S
  • 雑誌名: J Bioinformatics and Computational Biology 巻: 10(5) ページ: 1250010
  • DOI: doi: 10.1142/S0219720012500102
  • 査読あり
• [雑誌論文] A top-r feature selection algorithm for microarray gene expression data (2012)
  • 著者名/発表者名: Sharma A, Imoto S, Miyano S
  • 雑誌名: IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics 巻: 9(3) ページ: 754-764
  • DOI: doi: 10.1109/TCBB.2011.151
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell cycle gene networks are associated with melanoma prognosis (2012)
  • 著者名/発表者名: Wang L, Hurley D, Watkins W, Araki1 H, Tamada Y, Muthukaruppan A, Ranjard L, Derkac E, Imoto S, Miyano S, Crampin E, Print C
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 7(4) ページ: e34247
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0034247
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epidermal growth factor receptor tyrosine kinase defines critical prognostic genes of stage I lung adenocarcinoma (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi M, Yamaguchi R, Nakata A, Kohno T, Nagasaki M, Shimamura T, Imoto S, Saito A, Ueno K, Hatanaka Y, Yoshida R, Higuchi T, Nomura M, Beer DG, Yokota J, Miyano S, Gotoh N
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 7(9) ページ: e43923
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0043923
  • 査読あり
• [雑誌論文] ChopSticks: High-resolution analysis of homozygous deletions by exploiting concordant read pairs (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuda T, Suzuki S, Nagasaki M, Miyano S
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 巻: 13(1) ページ: 279
  • DOI: doi: 10.1186/1471-2105-13-279
  • 査読あり
• [学会発表] Supercomputer for Personalized Genomic Medicine and Cancer Systems Biology (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoru Miyano
  • 学会等名: The University of Chicago Department of Medicine Section of Hematology/ Oncology Seminar
  • 発表場所: 米国 シカゴ
  • 年月日: 2013-02-19 – 2013-02-19
  • 招待講演
• [学会発表] Uncovering Diversity of Cancer as System by supercomputer (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoru Miyano
  • 学会等名: 第6回高度医療都市を創出する未来技術国際シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2013-02-08 – 2013-02-08
  • 招待講演
• [学会発表] Supercomputing for Next-Generation Cancer Research (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoru Miyano
  • 学会等名: The Fourth Biosupercomputing Symposium
  • 発表場所: 東京国際フォーラム
  • 年月日: 2012-12-05 – 2012-12-05
  • 招待講演
• [学会発表] スパコンで焙り出すがんのシステムとしての薬剤応答性と多様性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮野 悟
  • 学会等名: 第７１回日本癌学会学術総会 モーニングレクチャー
  • 発表場所: 札幌市教育文化会館
  • 年月日: 2012-09-20 – 2012-09-20
  • 招待講演
• [学会発表] Whole genome sequencing and supercomputer for personalized genomic medicine: The IMSUT plan (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoru Miyano
  • 学会等名: The 11th Surugadai International Symposium
  • 発表場所: 東京医科歯科大学
  • 年月日: 2012-07-31 – 2012-07-31
  • 招待講演
• [備考] PART and PART-up
  • URL: http://www.hgc.jp/~niiyan/PART/manual.html
• [備考] Genomon-fusion
  • URL: http://genomon.hgc.jp/rna/
• [備考] Cancer integrative Pipeline
  • URL: http://cancerip.hgc.jp/