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先端応用医学(協力)システム生物学分野

研究室概要

システム生物学分野では、統計科学・情報科学による数理モデリングと網羅的な生命情報を駆使して、疾患をシステム的な観点から俯瞰的に解析するデータ駆動型科学の方法論の開発とその実践に関する研究を行っています。近年、次世代シークエンサーを含めた先端計測機器の開発により、大規模の臨床サンプルのゲノムデータ、さらにはそれ以外のエピゲノム、トランクスリプトーム,プロテオーム、メタボロームといったいわゆるオミックスデータの取得が可能になり、医療分野における画期的な分子標的治療薬、診断薬、予防法の開発が加速化され、がんなどの複雑な疾病に関する研究が大きくに進展するものと大きく期待されています。しかし、実際には、期待と現実の間には大きなギャップがあります。即ち、洪水のようにゲノム網羅的な情報が集積する一方で、従前のアプローチによる情報の積み上げとデータ解析では大きな飛躍は望めないという現実であります。
そこで、私達は、統計科学、情報科学、計算科学を用いたデータ駆動型科学と分子生物学による実験的検証を有機的に融合することにより、これまでの研究が直面している限界を超え、がんや精神疾患といった複雑な疾患の分子病態をシステム的統合理解を推進し、最終的に精度の高い診断法、がんの個性や個人のシステムの違いを反映した治療法・予防法の開発につなげたいと考えています。

研究プロジェクト

 1.データから生命現象を俯瞰的に捉えるための統計的モデリング手法の開発

今日の生命科学においては、従来の仮説駆動型研究は限界に達してきており、網羅的・体系的に取得された大規模な生命情報から意味のある情報を抽出し、生命現象をシステムとして統合的に理解するデータ駆動型研究の必要性が生じてきました。私たちは、医学系研究において発生する課題とその発見・解決法を現場の第一線の研究者とのディスカッションの中で把握するとともに、膨大なオミクスデータを適切に解析し、生命現象を俯瞰的に捉えるためのシステム生物学的方法論の開発を行っています。

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2.オブジェクト指向型データの解析法の開発

次世代シーケンサーを始め、質量分析や画像解析の発達により生命医科学分野においても膨大かつヘテロなビッグデータが集積しており、それらの解析技術基盤が課題となっています。一方、統計科学の分野でもデータ中心的な転回期を迎えつつあり、従来の多変量解析における数値行列型データに加え、各観測値がヒストグラムや関数、木構造、画像といった多種多様なデータ表現に対する解析方法であるオブジェクト指向型データ解析法が広がりを見せつつあります。本研究室では、多種多様ながんのビッグデータを駆使して複雑極まりないがんのエコシステムを攻略すべく、オブジェクト指向型データ解析のための基盤構築を行っています。

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教員

構成員名役職所属
島村 徹平 特任准教授 システム生物学
松井 佑介 特任助教 システム生物学
川久保 秀子 特任助教 システム生物学

研究実績

  • 2017年
    1. Seki M, Kimura S, Isobe T, Yoshida K, Ueno H, Nakajima-Takagi Y, Wang C, Lin L, Kon A, Suzuki H, Shiozawa Y, Kataoka K, Fujii Y, Shiraishi Y, Chiba K, Tanaka H, Shimamura T, Masuda K, Kawamoto H, Ohki K, Kato M, Arakawa Y, Koh K, Hanada R, Moritake H, Akiyama M, Kobayashi R, Deguchi T, Hashii Y, Imamura T, Sato A, Kiyokawa N, Oka A, Hayashi Y, Takagi M, Manabe A, Ohara A, Horibe K, Sanadas M, Iwama A, Mano H, Miyano S, Ogawa S, Takita J, Recurrent PU.1 (SPI1) fusions in high-risk pediatric T cell acute lymphoblastic leukemia, Nat Genet. 49(8):1274-1281, 2017.
    2. Matsui Y, Niida A, Uchi R, Mimori K, Miyano S, Shimamura T, phyC: Clustering cancer evolutionary trees, PLoS Comput Biol. 13(5):e1005509, 2017.
    3. Kanki Y, Nakaki R, Shimamura T, Matsunaga T, Yamamizu K, Katayama S, Suehiro JI, Osawa T, Aburatani H, Kodama T, Wada Y, Yamashita JK, Minami T, Dynamically and epigenetically coordinated GATA/ETS/SOX transcription factor expression is indispensable for endothelial cell differentiation, Nucleic Acids Res. 45(8):4344-4358, 2017.
    4. Tominaga K, Shimamura T, Kimura N, Murayama T, Matsubara D, Kanauchi H, Niida A, Shimizu S, Nishioka K, Tsuji EI, Yano M, Sugano S, Shimono Y, Ishii H, Saya H, Mori M, Akashi K, Tada KI, Ogawa T, Tojo A, Miyano S, Gotoh N, Addiction to the IGF2-ID1-IGF2 circuit for maintenance of the breast cancer stem-like cells, Oncogene. 36(9):1276-1286, 2017.
    5. Kushima I, Aleksic B, Nakatochi M, Shimamura T, Shiino T, Yoshimi A, Kimura H, Takasaki Y, Wang C, Xing J, Ishizuka K, Oya-Ito T, Nakamura Y, Arioka Y, Maeda T, Yamamoto M, Yoshida M, Noma H, Hamada S, Morikawa M, Uno Y, Okada T, Iidaka T, Iritani S, Yamamoto T, Miyashita M, Kobori A, Arai M, Itokawa M, Cheng MC, Chuang YA, Chen CH, Suzuki M, Takahashi T, Hashimoto R, Yamamori H, Yasuda Y, Watanabe Y, Nunokawa A, Someya T, Ikeda M, Toyota T, Yoshikawa T, Numata S, Ohmori T, Kunimoto S, Mori D, Iwata N, Ozaki N, High-resolution copy number variation analysis of schizophrenia in Japan, Mol Psychiatry. 22(3):430-440, 2017.
    6. Kondo A, Yamamoto S, Nakaki R, Shimamura T, Hamakubo T, Sakai J, Kodama T, Yoshida T, Aburatani H, Osawa T, Extracellular Acidic pH Activates the Sterol Regulatory Element-Binding Protein 2 to Promote Tumor Progression, Cell Rep. 18(9):2228-2242, 2017.
    7. Kondo A, Nonaka A, Shimamura T, Yamamoto S, Yoshida T, Kodama T, Aburatani H, Osawa T, Long non-coding RNA JHDM1D-AS1 promotes tumor growth by regulating angiogenesis in response to nutrient starvation, Mol Cell Biol. 37(18): e00125-17, 2017.
    8. Aoki K, Nakamura H, Suzuki H, Matsuo K, Kataoka K, Shimamura T, Motomura K, Ohka F, Shiina S, Yamamoto T, Nagata Y, Yoshizato Y, Mizoguchi M, Abe T, Momii Y, Muragaki Y, Watanabe R, Ito I, Sanada M, Yajima H, Morita N, Takeuchi I, Miyano S, Wakabayashi T, Oagwa S, Natsume A, Prognostic relevance of genetic alterations in diffuse lower-grade gliomas, Neuro-Oncology. in press, 2017.
    9. Tsubota S, Kishida S, Shimamura T, Ohira M, Yamashita S, Cao D, Kiyonari S, Ushijima T, Kadomatsu K, PRC2-mediated transcriptomic alterations at the embryonic stage govern tumorigenesis and clinical outcome in MYCN-driven neuroblastoma, Cancer Res. 77(19):5259-5271, 2017.
    10. Takahashi Y, Sugimachi K, Yamamoto K, Niida A, Shimamura T, Sato T, Watanabe M, Tanaka J, Kudo S, Sugihara K, Hase K, Kusunoki M, Yamada K, Shimada Y, Moriya Y, Suzuki Y, Miyano S, Mori M, Mimori K, Japanese genome-wide association study identifies a significant colorectal cancer susceptibility locus at chromosome 10p14, Cancer Sci. 108(11):2239-2247, 2017.
    11. Taniguchi R, Muramatsu H, Okuno Y, Suzuki K, Obu S, Nakatochi M, Shimamura T, Takahashi Y, Horikoshi Y, Watanabe K, Kojima S, Comprehensive genetic analysis of donor cell derived leukemia with KMT2A rearrangement, Pediatr Blood Cancer. in press ,2017.
    12. Park H, Shimamura T, Imoto S, Miyano S, Adaptive NetworkProfiler for Identifying Cancer Characteristic-Specific Gene Regulatory Networks, J Comput Biol. in press ,2017.
  • 2016年
    1. Sugimachi K, Matsumura T, Shimamura T, Hirata H, Uchi R, Ueda M, Sakimura S, Iguchi T, Eguchi H, Masuda T, Morita K, Takenaka K, Maehara Y, Mori M, Mimori K, berrant Methylation of FOXE1 Contributes to a Poor Prognosis for Patients with Colorectal Cancer, Ann Surg Oncol. Nov;23(12): 3948-3955, 2016.
    2. Matsui Y, Mizuta M, Ito S, Miyano S, Shimamura T, D3M: detection of differential distributions of methylation levels, Bioinformatics. 32(15):2248-55, 2016.
    3. Nakaoka HJ, Hara T, Yoshino S, Kanamori A, Matsui Y, Shimamura T, Sato H, Murakami Y, Seiki M, Sakamoto T, NECAB3 Promotes Activation of Hypoxia-inducible factor-1 during Normoxia and Enhances Tumourigenicity of Cancer Cells, Sci Rep. 6: 22784, 2016.
    4. Uchi R, Takahashi Y, Niida A, Shimamura T, Hirata H, Sugimachi K, Sawada G, Iwaya T, Kurashige J, Shinden Y, Iguchi T, Eguchi H, Chiba K, Shiraishi Y, Nagae G, Yoshida K, Nagata Y, Haeno H, Yamamoto H, Ishii H, Doki Y, Iinuma H, Sasaki S, Nagayama S, Yamada K, Yachida S, Kato M, Shibata T, Oki E, Saeki H, Shirabe K, Oda Y, Maehara Y, Komune S, Mori M, Suzuki Y, Yamamoto K, Aburatani H, Ogawa S, Miyano S, Mimori K, Integrated Multiregional Analysis Proposing a New Model of Colorectal Cancer Evolution, PLoS Genet. 12: e1005778, 2016.
    5. Sawada G, Niida A, Uchi R, Hirata H, Shimamura T, Suzuki Y, Shiraishi Y, Chiba K, Imoto S, Takahashi Y, Iwaya T, Sudo T, Hayashi T, Takai H, Kawasaki Y, Matsukawa T, Eguchi H, Sugimachi K, Tanaka F, Suzuki H, Yamamoto K, Ishii H, Shimizu M, Yamazaki H, Yamazaki M, Tachimori Y, Kajiyama Y, Natsugoe S, Fujita H, Mafune K, Tanaka Y, Kelsell DP, Scott CA, Tsuji S, Yachida S, Shibata T, Sugano S, Doki Y, Akiyama T, Aburatani H, Ogawa S, Miyano S, Mori M, Mimori K, Genomic Landscape of Esophageal Squamous Cell Carcinoma in a Japanese Population, Gastroenterology. 150(5):1171-82, 2016.
    6. Hasegawa T, Niida A, Mori T, Shimamura T, Yamaguchi R, Miyano S, Akutsu T, Imoto S, A likelihood-free filtering method via approximate Bayesian computation in evaluating biological simulation models, Computational Statistics & Data Analysis. 94: 63-74, 2016.
    7. Matsui Y, Mizuta M, Ito S, Miyano S, Shimamura T, D3M: detection of differential distributions of methylation levels, Bioinformatics. 32(15):2248-55, 2016.
  • 2015年
    1. 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, Suzuki H, Sato Y, Shiozawa Y, Yoshizato T, Yoshida K, Makishima H, Iwanaga M, Ma G, Nosaka K, Hishizawa M, Itonaga H, Imaizumi Y, Munakata W, Ogasawara H, Sato T, Sasai K, Muramoto K, Penova M, Kawaguchi T, Nakamura H, Hama N, Shide K, Kubuki Y, Hidaka T, Kameda T, Nakamaki T, Ishiyama K, Miyawaki S, Yoon SS, Tobinai K, Miyazaki Y, Takaori-Kondo A, Matsuda F, Takeuchi K, Nureki O, Aburatani H, Watanabe T, Shibata T, Matsuoka M, Miyano S, Shimoda K, Ogawa S, Integrated molecular analysis of adult T cell leukemia/lymphoma, Nat Genet. 47: 1304-15, 2015.
    2. 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, An Integrative Analysis to Identify Driver Genes in Esophageal Squamous Cell Carcinoma, PLoS One. 10: e0139808, 2015.
    3. 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, Elevated β-catenin pathway as a novel target for patients with resistance to EGF receptor targeting drugs, Sci Rep. 5: 13076, 2015.
    4. Seki M, Nishimura R, Yoshida K, Shimamura T, Shiraishi Y, Sato Y, Kato M, Chiba K, Tanaka H, Hoshino N, Nagae G, Shiozawa Y, Okuno Y, Hosoi H, Tanaka Y, Okita H, Miyachi M, Souzaki R, Taguchi T, Koh K, Hanada R, Kato K, Nomura Y, Akiyama M, Oka A, Igarashi T, Miyano S, Aburatani H, Hayashi Y, Ogawa S, Takita J, Integrated genetic and epigenetic analysis defines novel molecular subgroups in rhabdomyosarcoma, Nat Commun. 6; 7557, 2015.
    5. Suzuki H, Aoki K, Chiba K, Sato Y, Shiozawa Y, Shiraishi Y, Shimamura T, Niida A, Motomura K, Ohka F, Yamamoto T, Tanahashi K, Ranjit M, Wakabayashi T, Yoshizato T, Kataoka K, Yoshida K, Nagata Y, Sato-Otsubo A, Tanaka H, Sanada M, Kondo Y, Nakamura H, Mizoguchi M, Abe T, Muragaki Y, Watanabe R, Ito I, Miyano S, Natsume A, Ogawa S, Mutational landscape and clonal architecture in grade II and III gliomas, Nat Genet. 47: 458-68, 2015.
    6. Hasegawa T, Mori T, Yamaguchi R, Shimamura T, Miyano S, Imoto S, Akutsu T, Genomic data assimilation using a higher moment filtering technique for restoration of gene regulatory networks, BMC Syst Biol. 9:14, 2015.
  • 2014年
    1. Park H, Shimamura T, Miyano S, Imoto S, Robust prediction of anti-cancer drug sensitivity and sensitivity-specific biomarker, PLoS One. 9(10): e108990, 2014.
    2. Seki M, Yoshida K, Shiraishi Y, Shimamura T, Sato Y, Nishimura R, Okuno Y, Chiba K, Tanaka H, Kato K, Kato M, Hanada R, Nomura Y, Park MJ, Ishida T, Oka A, Igarashi T, Miyano S, Hayashi Y, Ogawa S, Takita J, Biallelic DICER1 mutations in sporadic pleuropulmonary blastoma, Cancer Res. 74(10): 2742-2749, 2014.
    3. Sawada G, Takahashi Y, Niida A, Shimamura T, Kurashige J, Matsumura T, Ueo H, Uchi R, Takano Y, Ueda M, Hirata H, Sakimura S, Shinden Y, Eguchi H, Sudo T, Sugimachi K, Miyano S, Doki Y, Mori M, Mimori K, Loss of CDCP1 Expression Promotes Invasiveness and Poor Prognosis in Esophageal Squamous Cell Carcinoma, Ann Surg Oncol. 21(4): S640-647, 2014.
    4. Barclay SS, Tamura T, Ito H, Fujita K, Tagawa K, Shimamura T, Katsuta A, Shiwaku H, Sone M, Imoto S, Miyano S, Okazawa H, Systems biology analysis of Drosophila in vivo screen data elucidates core networks for DNA damage repair in SCA1, Hum Mol Genet. 23(5):1345-1364, 2014.
    5. Sugimachi K, Niida A, Yamamoto K, Shimamura T, Imoto S, Iinuma H, Shinden Y, Eguchi H, Sudo T, Watanabe M, Tanaka J, Kudo S, Hase K, Kusunoki M, Yamada K, Shimada Y, Sugihara K, Maehara Y, Miyano S, Mori M, Mimori K, Allelic Imbalance at an 8q24 Oncogenic SNP is Involved in Activating MYC in Human Colorectal Cancer, Ann Surg Oncol. 21(4): S515-521, 2014.
    6. Matsui Y, Mizuta M, SDA for mixed-type data and its application to analysis of environmental radio activity level data, COMPSTAT2014. 673-680, 2014.
    7. Matsui Y, Minami H, Mizuta M, Symbolic Cluster analysis for distribution valued dissimilarity, Communications for Statistical Applications and Methods. 21(3): 225–234, 2014.
  • 2013年
    1. Kon A, Shih LY, Minamino M, Sanada M, Shiraishi Y, Nagata Y, Yoshida K, Okuno Y, Bando M, Nakato R, Ishikawa S, Sato-Otsubo A, Nagae G, Nishimoto A, Haferlach C, Nowak D, Sato Y, Alpermann T, Nagasaki M, Shimamura T, Tanaka H, Chiba K, Yamamoto R, Yamaguchi T, Otsu M, Obara N, Sakata-Yanagimoto M, Nakamaki T, Ishiyama K, Nolte F, Hofmann WK, Miyawaki S, Chiba S, Mori H, Nakauchi H, Koeffler HP, Aburatani H, Haferlach T, Shirahige K, Miyano S, Ogawa S, Recurrent mutations in multiple components of the cohesin complex in myeloid neoplasms, Nat Genet. 45(10): 1232-1237, 2013.
    2. Sato Y, Yoshizato T, Shiraishi Y, Maekawa S, Okuno Y, Kamura T, Shimamura T, Sato-Otsubo A, Nagae G, Suzuki H, Nagata Y, Yoshida K, Kon A, Suzuki Y, Chiba K, Tanaka H, Niida A, Fujimoto A, Tsunoda T, Morikawa T, Maeda D, Kume H, Sugano S, Fukayama M, Aburatani H, Sanada M, Miyano S, Homma Y, Ogawa S, Integrated molecular analysis of clear-cell renal cell carcinoma, Nat Genet. 45(8): 860-867, 2013.
    3. Furuta M, Kozaki K, Tanimoto K, Tanaka S, Arii S, Shimamura T, Niida A, Miyano S, Inazawa J, The tumor-suppressive miR-497-195 cluster targets multiple cell-cycle regulators in hepatocellular carcinoma, PLoS One. 8(3): e60155, 2013.
    4. Osawa T, Tsuchida R, Muramatsu M, Shimamura T, Wang F, Suehiro J, Kanki Y, Wada Y, Yuasa Y, Aburatani H, Miyano S, Minami T, Kodama T, Shibuya M, Inhibition of histone demethylase JMJD1A improves anti-angiogenic therapy and reduces tumor-associated macrophages, Cancer Res. 73(10): 3019-3028, 2013.
    5. Yokobori T, Iinuma H, Shimamura T (equally contributed first author), Imoto S, Sugimachi K, Ishii H, Iwatsuki M, Ota D, Ohkuma M, Iwaya T, Nishida N, Kogo R, Sudo T, Tanaka F, Shibata K, Toh H, Sato T, Barnard GF, Fukagawa T, Yamamoto S, Nakanishi H, Sasaki S, Miyano S, Watanabe T, Kuwano H, Mimori K, Pantel K, Mori M, Plastin3 is a novel marker for circulating tumor cells undergoing the epithelial-mesenchymal transition and is associated with colorectal cancer prognosis, Cancer Res. 73(7): 2059-69, 2013.
    6. Tamura T, Sone M, Nakamura Y, Shimamura T, Imoto S, Miyano S, Okazawa H, A restricted level of PQBP1 is needed for the best longevity of Drosophila, Neurobiol Aging. 34(1): 356.e11-20, 2013.
  • 2012年
    1. 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, Epidermal growth factor receptor tyrosine kinase defines critical prognostic genes of stage I lung adenocarcinoma, PLoS One. 7(9):e43923, 2012.
    2. Niida A, Imoto S, Shimamura T, Miyano S, Statistical model-based testing to evaluate the recurrence of genomic aberrations, Bioinformatics. 28(12):i115-20, 2012.
    3. Mimura I, Nangaku M, Kanki Y, Tsutsumi S, Inoue T, Kohro T, Yamamoto S, Fujita T, Shimamura T, Suehiro J, Taguchi A, Kobayashi M, Tanimura K, Inagaki T, Tanaka T, Hamakubo T, Sakai J, Aburatani H, Kodama T, Wada Y, Dynamic change of chromatin conformation in response to hypoxia enhances the expression of GLUT3 (SLC2A3) by cooperative interaction of hypoxia-inducible factor 1 and KDM3A, Molecular and Cellular Biology. 32(15):3018-32, 2012.
    4. Kawano S, Shimamura T, Niida A, Imoto S, Yamaguchi R, Nagasaki M, Yoshida R, Print C, Miyano S, Identifying gene pathways associated with cancer characteristics via sparse statistical methods, IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics. 9(4):966-72, 2012.

研究キーワード

バイオインフォマティクス、ステム生物学、オミックス解析、遺伝子ネットワーク、統計的モデリング、データ駆動型アプローチ、次世代シークエンサー、ゲノムデータの統計解析、エピゲノムデータの統計解析、トランスクリプトームデータの統計解析、リン酸化プロテオームデータの統計解析、シングルセル・トランスクリプトームデータの統計解析、がんの進化モデル、スーパーコンピュータを用いた大規模計算、数理モデリングによる疾病のシステム的統合理解

学生へのメッセージ

近年、次世代シークエンサーを始めとする最先端計測技術の進展に伴い、生命プログラムを理解するためのデータのデジタル化が進み、その情報量は爆発的に増大しています。こうした中、大規模臨床サンプルのビッグデータを解析することによって、癌や精神疾患などの複雑な疾病の画期的な分子標的治療薬、診断法、予防法が開発されることが大きく期待されています。しかし、その一方で、分子生物学などの従来のパラダイムだけでは扱うのが困難な規模のデータをどう解析すればいいのかが深刻な問題になっています。当研究室では、統計科学による数理モデリングとスーパーコンピュータによる大規模計算という二つの歯車を駆使して、疾病の複雑な分子機構をシステム学的な観点から包括的に捉えてデータを解析する方法論について、理論と実践の双方の観点から研究を行っています。さまざまなオミックス(ゲノム、エピゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、メタボロームなど)のデータ解析に興味がある方、コンピュータやプログラミングに興味がある方は気軽にご連絡ください。

当研究室に入りたい学生へ

学生として当研究室にて指導 (修士号・博士号の取得) を受けるには以下の方法があります。 興味がありましたら、お問い合わせください。

名古屋大学コース

名古屋大学大学院医学系研究科医科学専攻修士課程、もしくは総合医学専攻医学博士課程に入学し、当研究室を志望する。

研究指導委託コース

他の学部・専攻や他大学の学部・大学院に在籍している方も研究指導委託という形で当研究室に来ることが可能です。

連絡先

〒466-8550 名古屋市昭和区鶴舞町65
名古屋大学大学院医学系研究科システム生物学分野
Tel: 052-744-1980, Fax: 052-744-2029
島村徹平 shimamuraの後ろに@をつけてmed.nagoya-u.ac.jpです。
場所:医系研究棟3号館7階 (710)