多階層テンソル因子分解法を用いたオミックスデータ統合型関連解析手法の開発と応用

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17KT0125
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 日笠 幸一郎 京都大学, スーパーグローバルコース医学生命系ユニット, 特定准教授 (10419583)
• 研究期間 (年度): 2017-07-18 – 2020-03-31
• キーワード: オミックス解析

研究実績の概要

本年度は、複雑なオミックスデータ情報を柔軟に統合・圧縮し、複雑系疾病の解明に有用な特徴量を抽出するための、新規方法論の開発とアルゴリズムの実装を進めた。具体的には、JAVA言語をベースとした多階層テンソル因子分解アルゴリズムの実装、変分ベイズ法に基づくモデル実装を行い、単体で解析可能なツールとしてのプロトタイプが完成した。現在、小規模の試験的データを用いた検証を行っており、問題がなければより規模の大きい複数のデータを用いた検証に移行する。解析対象の複雑系疾病については、肺高血圧症172検体（44症例）、HTLV-1関連疾患4,024症例、IgG4関連疾患215検体（82症例）、好酸球性消化管疾患416検体（380症例）の時系列検体を収集した。収集検体の一部については、発現解析（IgG4関連疾患：91検体、肺高血圧症：171検体、好酸球性消化管疾患：102検体）、および、代謝物解析（IgG4関連疾患：154検体、肺高血圧症：172検体、好酸球性消化管疾患：208検体）を実施しており、ツール開発ならびに各解析対象疾患の検体・データ収集が順調に進んでいる。引き続き、各対象疾患の検体収集を継続すると同時に、オミックス解析データの収集に努める。データセットが揃った段階で、各複雑系疾患の時系列オミックスデータに本解析手法を適用し、ツール開発へのフィードバックを行う。フィードバックが完了した時点で大規模オミックス実データを用いた解析へと移行し、当該疾患の病因・病態を解明に有用な知見の導出を目指す。

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

当初の研究計画に沿って、JAVA言語をベースとした多階層テンソル因子分解アルゴリズムの実装、変分ベイズ法に基づくモデル実装を行い、複雑なオミックスデータ情報を柔軟に統合・圧縮し、複雑系疾病の解明に有用な特徴量を抽出するための、新規方法論の開発とアルゴリズムの実装を進めた。現在、小規模の試験的データを用いた検証を行っており、問題がなければより規模の大きい複数のデータを用いた検証に移行する。解析対象の複雑系疾病については、肺高血圧症172検体（44症例）、HTLV-1関連疾患4,024症例、IgG4関連疾患215検体（82症例）、好酸球性消化管疾患416検体（380症例）の時系列検体を収集した。収集検体の一部については、発現解析（IgG4関連疾患：91検体、肺高血圧症：171検体、好酸球性消化管疾患：102検体）、および、代謝物解析（IgG4関連疾患：154検体、肺高血圧症：172検体、好酸球性消化管疾患：208検体）が終了しており、ツール開発ならびに各解析対象疾患の検体・データ収集が順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

試験的データを用いてツールの検証を進め、アルファ版を完成させる。各対象疾患の検体収集を継続すると同時に、オミックス解析データの収集に努める。データセットが揃った段階で、各複雑系疾患の時系列オミックスデータに本解析手法を適用し、ツール開発へのフィードバックを行う。フィードバックが完了した時点で大規模オミックスデータを用いた解析へと移行し、当該疾患の病因・病態を解明に有用な知見の導出を目指す。

次年度使用額が生じた理由

研究計画時よりも順調にオミックス検体とデータの収集が進み、データ量の拡大に伴う計算量の増加が見込まれたため、オミックス統合解析を実施するためには、予定より大きなストレージとスペックの高い計算機の購入が必要となった。従って、当該年度はプログラム開発とデータ収集に注力することで研究経費を節約し、翌年度の予算と合わせてビッグデータ解析に必要な上位スペックの計算機を購入する計画にした。本対応により、各疾患の病態解明に向けて、より統計的に優位性が高いデータセットが構築されるため、研究の一層の進展が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] A burden of rare variants in BMPR2 and KCNK3 contributes to a risk of familial pulmonary arterial hypertension. (2017)
  • 著者名/発表者名: Higasa K, Ogawa A, Terao C, Shimizu M, Kosugi S, Yamada R, Date H, Matsubara H, and Matsuda F.
  • 雑誌名: BMC Pulmonary Medicine 巻: 17 ページ: 57
  • DOI: 10.1186/s12890-017-0400-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Exome Sequencing Landscape Analysis in Ovarian Clear Cell Carcinoma Shed Light on Key Chromosomal Regions and Mutation Gene Networks. (2017)
  • 著者名/発表者名: Murakami R, Matsumura N, Brown JB, Higasa K, Tsutsumi T, Kamada M, Abou-Taleb H, Hosoe Y, Kitamura S, Yamaguchi K, Abiko K, Hamanishi J, Baba T, Koshiyama M, Okuno Y, Yamada R, Matsuda F, Konishi I, Mandai M.
  • 雑誌名: The American Journal of Pathology 巻: 187 ページ: 2246-2258
  • DOI: 10.1016/j.ajpath.2017.06.012
  • 査読あり