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

2020 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。２０２０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：前年度の結果をまとめ、ヒトやマウスなどの種の異なるオミクスデータ、あるいは異なる階層のオミクス情報などのマルチモーダルデータを統合解析する機械学習技術（BALSAMICO）をgithub上に公開した。また、統合解析技術の精度向上を図るため、新たに深層学習技術を取り入れた手法（scMM）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：前年度開発したモジュールネットワーク比較手法をスパコン上で実行する解析パイプラインを構築し、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・汎用性を確認した。

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] Hierarchical non-negative matrix factorization using clinical information for microbial communities (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe K, Hirayama M, Ohno K, Shimamura T§
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 22(1) ページ: 104
  • DOI: 10.1186/s12864-021-07401-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Short-Chain Fatty Acid-Producing Gut Microbiota Is Decreased in Parkinson's Disease but Not in Rapid-Eye-Movement Sleep Behavior Disorder (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishiwaki H, Hamaguchi T, Ito M, Ishida T, Maeda T, Kashihara K, Tsuboi Y, Ueyama J, Shimamura T, Mori H, Kurokawa K, Katsuno M, Hirayama M, Ohno K§
  • 雑誌名: mSystems 巻: 5(6) ページ: e00797-20
  • DOI: 10.1128/mSystems.00797-20
  • 査読あり
• [雑誌論文] CYBERTRACK2.0: zero-inflated model-based cell clustering and population tracking method for longitudinal mass cytometry data (2020)
  • 著者名/発表者名: Minoura K*, Abe K*, Maeda Y, Nishikawa H, Shimamura T§
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: - ページ: btaa873
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btaa873
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Model-based clustering for flow and mass cytometry data with clinical information (2020)
  • 著者名/発表者名: Abe K, Minoura K, Maeda Y, Nishikawa H, Shimamura T§
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 巻: 21(Suppl 13) ページ: 393
  • DOI: 10.1186/s12859-020-03671-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ARHGAP10, which encodes Rho GTPase-activating protein 10, is a novel gene for schizophrenia risk (2020)
  • 著者名/発表者名: Sekiguchi M, (37 authors), Shimamura T, Nagai T, Nabeshima T, Kaibuchi K, Yamada K, Mori D, Ozaki N§
  • 雑誌名: Translational Psychiatry 巻: 10(1) ページ: 247
  • DOI: 10.1038/s41398-020-00917-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated multiomics analysis of hepatoblastoma unravels its heterogeneity and provides novel druggable targets (2020)
  • 著者名/発表者名: Sekiguchi M, (18 authors), Shimamura T, Sato Y, Sato-Otsubo A, Kimura S, Kubota Y, Hiwatari M, Koh K, Hayashi Y, Kanamori Y, Kasahara M, Kohashi K, Kato M, Yoshioka T, Matsumoto K, Oka A, Taguchi T, Sanada M, Tanaka Y, Miyano S, Hata K, Ogawa S, Takita J§
  • 雑誌名: NPJ Precision Oncology 巻: 4 ページ: 20
  • DOI: 10.1038/s41698-020-0125-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Meta-Analysis of Gut Dysbiosis in Parkinson's Disease (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishiwaki H, Ito M, Ishida T, Hamaguchi T, Maeda T, Kashihara K, Tsuboi Y, Ueyama J, Shimamura T, Mori H, Kurokawa K, Katsuno M, Hirayama M, Ohno K§
  • 雑誌名: Movement Disorders 巻: 35(9) ページ: 1626-1635
  • DOI: 10.1002/mds.28119
  • 査読あり
• [雑誌論文] EXOSC9 depletion attenuates P-body formation, stress resistance, and tumorigenicity of cancer cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshino S, Matsui Y, Fukui Y, Seki M, Yamaguchi K, Kanamori A, Saitoh Y, Shimamura T, Suzuki Y, Furukawa Y, Kaneko S, Seiki M, Murakami Y, Inoue JI, Sakamoto T§
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10(1) ページ: 9275
  • DOI: 10.1038/s41598-020-66455-2
  • 査読あり
• [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, Ruan Y, Glass CK, Kanki Y§
  • 雑誌名: EMBO Journal 巻: 39(7) ページ: e103949
  • DOI: 10.15252/embj.2019103949
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 細胞集団のダイナミクスを捉えるためのベイズモデリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第5回理論免疫学ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] がん研究における一細胞解析のためのモデリング・AI 技術の最新動向 (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第79回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] 臓器連関トランスオミクス解析のためのベイズモデリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 今こそ知りたい！行列因子分解～ゼロから始めるマルチオミクス解析～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 代謝統合オミクス若手技術セミナー
  • 招待講演