精神疾患の階層横断的理解を加速する数理モデリング技術の開発

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: マルチスケール精神病態の構成的理解
• 研究課題/領域番号: 19H05210
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 島村 徹平 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (00623943)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 数理モデリング / モジュールネットワーク / 種間横断的解析 / 臓器連関

研究実績の概要

本研究では、生命現象を階層ごとの閉じた情報の中で捉えようとする従前のアプローチを克服し、脳の複雑な階層性を加味して精神疾患を高次脳機能におけるシステムレベルの障害として包括的に理解するため、精神疾患の階層横断的理解を加速するための数理モデリング技術を開発する。本研究課題の推進により、階層別に解析することで生じる情報損失を回避するとともに、個別に行われてきた精神疾患研究を統合的に捉えるための情報解析基盤の構築、複雑な生命現象をマルチスケールの観点から俯瞰的に思考するといった生命科学研究における新しいパラダイムの創出が期待される。２０１９年度は以下の進展があった。①種間横断的検証を可能にする機械学習技術の開発：モデル動物における分子ネットワークとヒト患者サンプルにおける分子ネットワークの相同性や差異を種間横断的に比較検討するための機械学習技術を開発し、シミュレーションデータおよび実データで、解析技術の有用性を確認した。②モジュールネットワーク比較のための機械学習技術の開発：パスウェイ・機能ごとにまとめられた遺伝子群（モジュール）間でのネットワークを構築し、これらが脳部位間でどのように異なるかを比較検討するための機械学習技術を開発し、シミュレーションデータおよび実データで、解析技術の有用性を確認した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究課題に必要な解析の要素技術を開発し、研究協力者との共同研究も順調に進めることができた。

今後の研究の推進方策

計画班および公募班との連携の下、精神疾患の階層横断的な知見と理解を深め、生命科学のイノベーションを創出する情報解析基盤の構築を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Coordinated demethylation of H3K9 and H3K27 is required for rapid inflammatory responses of endothelial cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Higashijima Y, Matsui Y, Shimamura T, Nakaki R, Nagai N, Tsutsumi S, Abe Y, Link VM, Osaka M, Yoshida M, Watanabe R, Tanaka T, Taguchi A, Miura M, Ruan X, Li G, Inoue T, Nangaku M, Kimura H, Furukawa T, Aburatani H, Wada Y, et al.
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 39(7) ページ: e103949
  • DOI: 10.15252/embj.2019103949
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Model-based cell clustering and population tracking for time-series flow cytometry data. (2019)
  • 著者名/発表者名: Minoura K, Abe K, Maeda Y, Nishikawa H, Shimamura T.
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 巻: 20(Suppl 23) ページ: 633
  • DOI: 10.1186/s12859-019-3294-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphoethanolamine Accumulation Protects Cancer Cells under Glutamine Starvation through Downregulation of PCYT2. (2019)
  • 著者名/発表者名: Osawa T, Shimamura T, Saito K, Hasegawa Y, Ishii N, Nishida M, Ando R, Kondo A, Anwar M, Tsuchida R, Hino S, Sakamoto A, Igarashi K, Saitoh K, Kato K, Endo K, Yamano S, Kanki Y, Matsumura Y, Minami T, Tanaka T, Anai M, et al.
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 29(1) ページ: 89-103
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.08.087
  • 査読あり
• [雑誌論文] Replication stress triggers microsatellite destabilization and hypermutation leading to clonal expansion in vitro. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuno Y, Atsumi Y, Shimizu A, Katayama K, Fujimori H, Hyodo M, Minakawa Y, Nakatsu Y, Kaneko S, Hamamoto R, Shimamura T, Miyano S, Tsuzuki T, Hanaoka F, Yoshioka KI.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 10(1) ページ: 3925
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11760-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct methylation levels of mature microRNAs in gastrointestinal cancers. (2019)
  • 著者名/発表者名: Konno M, Koseki J, Asai A, Yamagata A, Shimamura T, Motooka D, Okuzaki D, Kawamoto K, Mizushima T, Eguchi H, Takiguchi S, Satoh T, Mimori K, Ochiya T, Doki Y, Ofusa K, Mori M, Ishii H.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 10(1) ページ: 3888
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11826-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Meflin-Positive Cancer-Associated Fibroblasts Inhibit Pancreatic Carcinogenesis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizutani Y, Kobayashi H, Iida T, Asai N, Masamune A, Hara A, Esaki N, Ushida K, Mii S, Shiraki Y, Ando K, Weng L, Ishihara S, Ponik SM, Conklin MW, Haga H, Nagasaka A, Miyata T, Matsuyama M, Kobayashi T, Fujii T, Yamada S, et al.
  • 雑誌名: Cancer Res 巻: 79(20) ページ: 5367-5381
  • DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-19-0454
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pathogenic Epigenetic Consequences of Genetic Alterations in IDH-Wild-Type Diffuse Astrocytic Gliomas. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohka F, Shinjo K, Deguchi S, Matsui Y, Okuno Y, Katsushima K, Suzuki M, Kato A, Ogiso N, Yamamichi A, Aoki K, Suzuki H, Sato S, Arul Rayan N, Prabhakar S, Goke J, Shimamura T, Maruyama R, Takahashi S, Suzumura A, Kimura H, Wakabayashi T, et al.
  • 雑誌名: Cancer Res 巻: 79(19) ページ: 4814-4827
  • DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-19-1272
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Divergent lncRNA MYMLR regulates MYC by eliciting DNA looping and promoter-enhancer interaction. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kajino T, Shimamura T, Gong S, Yanagisawa K, Ida L, Nakatochi M, Griesing S, Shimada Y, Kano K, Suzuki M, Miyano S, Takahashi T.
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 38(17) ページ: e98441
  • DOI: 10.15252/embj.201798441
  • 査読あり
• [雑誌論文] ENIGMA: an enterotype-like unigram mixture model for microbial association analysis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Abe K, Hirayama M, Ohno K, Shimamura T.
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 20(Suppl 2) ページ: 191
  • DOI: 10.1186/s12864-019-5476-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regnase-1-mediated post-transcriptional regulation is essential for hematopoietic stem and progenitor cell homeostasis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kidoya H, Muramatsu F, Shimamura T, Jia W, Satoh T, Hayashi Y, Naito H, Kunisaki Y, Arai F, Seki M, Suzuki Y, Osawa T, Akira S, Takakura N.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 10(1) ページ: 1072
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09028-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] A network of networks approach for modeling interconnected brain tissue-specific networks. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawakubo H, Matsui Y, Kushima I, Ozaki N, Shimamura T.
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 35(17) ページ: 3092-3101
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btz032
  • 査読あり
• [学会発表] データサイエンスを駆動力とした多細胞ダイナミクスの数理モデリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 新学術領域「細胞ダイバース」第3回若手ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 数理モデリングによる生命現象の理解と制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 東北大学加齢研究所セミナー・キャノンメディカルシステムズARL共催セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 多細胞時空間動態のベイズモデリングとその応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第2回日本メディカルAI学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 多細胞時空間解析のためのデータサイエンス (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第11回がんゲノム・エピゲノム数理統計研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 多細胞時空間解析のためのデータサイエンス (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 医学と予兆学～疾病発生および治癒効果の予兆に向けて～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 名古屋大学予兆学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 一細胞遺伝子発現プロファイルからの細胞集団および細胞間コミュニケーションの動態モデリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 一細胞時空間オミクス解析のためのデータサイエンス (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] がん免疫療法の耐性化ダイナミクスを理解するための数理モデリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 阿部興、島村徹平
  • 学会等名: 日本バイオインフォマティクス学会2019年年会・第8回生命医薬情報学連合大会
  • 招待講演
• [学会発表] 拡張された非負値行列因子分解によるオミクスデータの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 2019年度統計関連学会連合大会
  • 招待講演
• [学会発表] データサイエンスを駆動力とした多細胞時空間動態のモデリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: Single-Cell 2019 OSAKAセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] データサイエンスとAIで迫る時空間オミクス研究の現在と未来 (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「がん研究の新機軸」
  • 招待講演