2015 Fiscal Year Annual Research Report
スーパーコンピューティングと革新的情報技術によるがんシステムの新次元探索
Project Area | Conquering cancer through neo-dimensional systems understanding |
Project/Area Number |
15H05912
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
宮野 悟 東京大学, 医科学研究所, 教授 (50128104)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島村 徹平 名古屋大学, 医学系研究科, 特任准教授 (00623943)
井元 清哉 東京大学, 医科学研究所, 教授 (10345027)
白石 友一 東京大学, 医科学研究所, 助教 (70516880)
玉田 嘉紀 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 助教 (80435495)
山口 類 東京大学, 医科学研究所, 講師 (90380675)
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Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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Keywords | がん / システム生物学 / 統計的モデリング / バイオインフォマティクス / 人工知能 |
Outline of Annual Research Achievements |
1.大規模データ解析パイプラインのヒトゲノム解析センタースーパーコンピュータ上での整備、及び「京」コンピュータへの移植作業、及びがんの統合的理解のための応用を行い、共同研究のなかで多くの成果を得た。 2.がんのシステム異常解析技術の開発の一つとして、スーパーコンピュータを活用した新たな薬剤感受性・耐性ネットワークの解析手法を開発した。これは再帰的ランダムラッソ(RRLasso)と呼ぶ新たな統計的な方法で、高次元のゲノムデータ解析とドライバー遺伝子の探索を可能にした。この方式は高速なだけではなく、高次元のゲノムデータ解析のために有効であることを計算機実験で示した。がんドライバー遺伝子選択のための信頼性の高い結果を提示できると考えている。 3.新たな情報技術によるがんの進化シミュレーションによる腫瘍内不均一性生成原理について知見を得た。スーパーコンピュータを利用して膨大な組み合わせのパラメーターセットでこのBranching evolutionary Process (BEP)モデルによるがんの進化シミュレーションを行うことにより、高い不均一性が生み出される条件の網羅的探索を行った。その結果、高い遺伝子変異率、がん幹細胞の存在を仮定すると、これまでの大腸がんの実験データに見られるような、高い不均一性有する遺伝子変異パターンが再現できることを見出した。更にこのシミュレーション結果からドライバー遺伝子は全てのがん細胞に共有されている一方で、不均一性を生み出している変異の大部分は細胞の増殖速度に影響を与えない中立変異であることが示唆された。以上、腫瘍内不均一性を生み出している進化原理の一端をがんの進化シミュレーションにより明らにした。 4.IBM Watson Genomic Analyticsを導入し、100例以上の検体を用いて訓練と評価を行い重要な知見を得、その能力を向上させた。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの「システムがん」では、計算システム生物学とスーパーコンピュータをがん研究に融合することであったが、この新学術領域ではIBM Watson Genomic Analyticsを導入し、Cognitive Computing(人工知能はその一部)をがん研究、さらには、生命科学研究に融合させることが特色であり、導入と改良が順調に進んでいる。小川誠司教授とは洗練されたシステムとして研究が稼働しており、研究テーマごとに、新たなデータ解析の方式を開発してきた。ATLの変異の全貌解明を初め[14]、数多くの成果を導き出している。高橋隆教授とは、ノンコーディングRNAに関するネットワーク解析が進んでおり、画期的な成果が出始めた。小川・高橋ともに、ヒトゲノム解析センタースーパーコンピュータ及び「京」コンビュータを活用している。稲澤譲治教授とは、「システムがん」から発展した成果がでており、記者発表が行われている。ロングノンコーディングRNAを含むネットワーク解析についても研究が進みつつある。また、班員外としては、九大別府病院の三森功士教授と、システム癌新次元の方式を探りながら、システム癌の方法論により成果が生れた。また、国際連携として、シカゴ大学の中村祐輔教授とoncoimmunologyの研究分野開発が進んでおり、成果も出始めた。
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Strategy for Future Research Activity |
ゲノムの一次元地図から、時間軸・空間軸に広がるがんのシステム異常の複雑さの本態を捉え、システムがん研究が新たに直面している挑戦的課題に解決法を与え、がん研究を新次元へ転送するためのプラットフォームと方法論を構築する。ディープラーニングや超並列計算の能力を有する人材を特任講師、並びに特任研究員として雇用し、以下の1~3の課題の研究を強化する。同時に、実験系の公募研究との共同研究体制を構築する。人材養成トレーニングでは、研究員等を受け入れ、またハンズオン支援を実施する。 1.平成27年7月に導入した「ワトソン」のトレーニングの成果が表れてきたため、その評価と得られた知見に基づいてコグニティブ・コンピューティングのがん研究への新たな展開を検討する(公募研究とも共同)。特に、既存パスウェイデータベースだけでなく、3で開発したネットワーク推定によって得られたネットワークとの融合方式について検討する。武藤のELSI研究の構築に研究の状況を反映させる体制作りを目指す。 2.RNAシークエンス解析を含む大規模オミクスデータ解析パイプラインを継続して整備し、全ゲノムシークエンスデータを基本としたデータ解析の高精度化を目指す(小川と共同)。これと並行して、がんの進化モデルとシミュレーションの研究を併せて実施し、がんの起源、ヘテロ性、薬剤耐性獲得等のシステム的数理原理を追及する。 3.ノンコーディングRNAを含むネットワークを解析するソフトウェアを開発し、がんのシステム異常解析の新展開を行う。ヒトゲノム解析センタースーパーコンピュータShirokane3及び「京」コンピュータ上に開発してきたネットワーク推定ソフトウェアパッケージSiGNや様々なデータ解析技術を、実験系の計画・公募研究との共同研究の中で用いる。特に、大規模シークエンス解析、ノンコーディングRNA、細胞文脈の観点からの応用を目指す。
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Remarks |
本領域で開発・利用している解析パイプラインを紹介している。
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Research Products
(34 results)
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[Journal Article] Integrated molecular profiling of human gastric cancer identifies DDR2 as a potential regulator of peritoneal dissemination2016
Author(s)
Kurashige J, Hasegawa T, Niida A, Sugimachi K, Deng N, Mima K, Uchi R, Sawada G, Takahashi Y, Eguchi H, Inomata M, Kitano S, Fukagawa T, Sasako M, Sasaki H, Sasaki S, Mori M, Yanagihara K, Baba H, Miyano S, Tan P, Mimori K
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 22371
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Genomic Landscape of Esophageal Squamous Cell Carcinoma in a Japanese Population2016
Author(s)
Sawada G, Niida A, Uchi R, Hirata H, Shimamura T, Suzuki Y, Shiraishi Y, Chiba K, Imoto S, (25名), Yachida S, Shibata T, Sugano S, Doki Y, Akiyama T, Aburatani H, Ogawa S, Miyano S, Mori M, Mimori K
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Journal Title
Gastroenterology
Volume: 150
Pages: 1049-1051
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Integrated multiregional analysis proposing a new model of colorectal cancer evolution2016
Author(s)
Uchi R, Takahashi Y, Niida A, Shimamura T, (8名), Chiba K, Shiraishi Y, (20名), Mori M, Suzuki Y, Yamamoto K, Aburatani H, Ogawa S, Miyano S, Mimori K
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Journal Title
PLoS Genetics
Volume: 12
Pages: e1005778
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Variegated RHOA mutations in adult T-cell leukemia/lymphoma2016
Author(s)
Nagata Y, Kontani K, Enami T, Kataoka K, Ishii R, Totoki Y, Kataoka TR, Hirata M, Aoki K, Nakano K, Kitanaka A, Sakata-Yanagimoto M, Egami S, Shiraishi Y, Chiba K, Tanaka H, Shiozawa Y, Yoshizato T, (9名), Miyano S, Nureki O, Shibata T, Haga H, Shimoda K, Katada T, Chiba S, Watanabe T, Ogawa S
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Journal Title
Blood
Volume: 127
Pages: 596-604
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Elevated β-catenin pathway as a novel target for patients with resistance to EGF receptor targeting drugs2015
Author(s)
Nakata A, Yoshida R, Yamaguchi R, Yamauchi M, Tamada Y, Fujita A, Shimamura T, Imoto S, Higuchi T, Nomura M, Kimura T, Nokihara H, Higashiyama M, Kondoh K, Nishihara H, Tojo A, Yano S, Miyano S, Gotoh N
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 5
Pages: 13076
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] An Integrative Analysis to Identify Driver Genes in Esophageal Squamous Cell Carcinoma2015
Author(s)
Sawada G, Niida A, Hirata H, Komatsu H, Uchi R, Shimamura T, Takahashi Y, Kurashige J, Matsumura T, Ueo H, Takano Y, Ueda M, Sakimura S, Shinden Y, Eguchi H, Sudo T, Sugimachi K, Yamasaki M, Tanaka F, Tachimori Y, Kajiyama Y, Natsugoe S, Fujita H, Tanaka Y, Calin G, Miyano S, Doki Y, Mori M, Mimori K
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Journal Title
PLoS One
Volume: 10
Pages: e0139808
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Quantitative characterization of T-cell repertoire in allogeneic hematopoietic stem cell transplant recipients2015
Author(s)
Yew PY, Alachkar H, Yamaguchi R, Kiyotani K, Fang H, Yap KL, Liu HT, Wickrema A, Artz A, van Besien K, Imoto S, Miyano S, Bishop MR, Stock W, Nakamura Y
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Journal Title
Bone Marrow Transplantation
Volume: 50
Pages: 1227-1234
DOI
Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Integrated molecular analysis of adult T cell leukemia/lymphoma2015
Author(s)
Kataoka K, Nagata Y, Kitanaka A, Shiraishi Y, Shimamura T, Yasunaga J, Totoki Y, Chiba K, Sato-Otsubo A, Nagae G, Ishii R, Muto S, Kotani S, Watatani Y, Takeda J, Sanada M, Tanaka H, (34名), Nureki O, Aburatani H, Watanabe T, Shibata T, Matsuoka M, Miyano S, Shimoda K, Ogawa S
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Journal Title
Nature Genetics
Volume: 47
Pages: 1304-1315
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Cancer Genomes and Clinical Sequence2015
Author(s)
Satoru Miyano
Organizer
Princess Al Jawhara Center for Molecular Medicine: The 9th Scientific Conference
Place of Presentation
The Arabic Gulf University, Manama, Bahrain
Year and Date
2015-11-28 – 2015-11-28
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Analyzing Cancer Gene Networks with Supercomputers2015
Author(s)
Satoru Miyano
Organizer
The 2nd Annual Meeting of the International Ovarian Cancer Consortium and the Symposium on Tumor Microenvironment and Therapy Resistance
Place of Presentation
Stephenson Cancer Center, Oklahoma City, USA
Year and Date
2015-08-17 – 2015-08-17
Int'l Joint Research / Invited
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