実験医学:トランスオミクスで生命の地図を描け!〜遺伝子・タンパク質・代謝物をつなぐビッグデータ時代のサイエンス
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実験医学 2014年5月号 Vol.32 No.8

トランスオミクスで生命の地図を描け!

遺伝子・タンパク質・代謝物をつなぐビッグデータ時代のサイエンス

  • 黒田真也,中山敬一/企画
  • 定価 2,000円+税
  • 2014年04月発行
  • B5判
  • 133ページ
  • ISBN 978-4-7581-0127-1
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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…各種オミクス解析を結びつける「トランスオミクス」の時代がやってくる! シグナル伝達や代謝,創薬への応用を例に次世代の生命科学を照らし出す!

《企画者のことば》

細胞は,DNA,RNA,タンパク質,代謝物などの部品から形成される多階層にわたる大規模な分子グローバルネットワークから成り立っている.個別の部品の一覧はゲノムプロジェクトなどにより明らかになったが,それらの部品からなる分子グローバルネットワークの全貌は同定されていない.一方,近年急激に次世代シークエンサーや質量分析機などの技術の進展により,ゲノム,トランスクリプトーム,プロテオーム,メタボロームといったさまざまなレベルで,多階層オミクス情報を高精度かつ網羅的体系的に取得することが現実的になってきた.これらの多階層オミクスデータを情報科学・統計数学的解析により階層縦断的に結合させて分子グローバルネットワークを同定して生体システムを解析する学問領域が 「トランスオミクス」 であり,すべての生命科学において普遍的な究極の解析方法となるポテンシャルがある.

目次

特集

トランスオミクスで生命の地図を描け!
遺伝子・タンパク質・代謝物をつなぐビッグデータ時代のサイエンス
企画/黒田真也,中山敬一
概論─トランスオミクスの時代がやってくる!【黒田真也/中山敬一】
細胞は,DNA,RNA,タンパク質,代謝物などの部品から形成される多階層にわたる大規模な分子グローバルネットワークから成り立っている.個別の部品の一覧はゲノムプロジェクトなどにより明らかになったが,それらの部品からなる分子グローバルネットワークの全貌は同定されていない.一方,近年急激に次世代シークエンサーや質量分析機などの技術の進展により,ゲノム,トランスクリプトーム,プロテオーム,メタボロームといったさまざまなレベルで,多階層オミクス情報を高精度かつ網羅的体系的に取得することが現実的になってきた.これらの多階層オミクスデータを情報科学・統計数学的解析により階層縦断的に結合させて分子グローバルネットワークを同定して生体システムを解析する学問領域が 「トランスオミクス」 であり,すべての生命科学において普遍的な究極の解析方法となるポテンシャルがある.
プロテオーム絶対定量がもたらす次世代バイオロジー【松本雅記/中山敬一】
核酸やタンパク質,代謝物に至るまで生命構成因子の定量的な分子計測が可能な時代が到来した.特に,最も遅れていたタンパク質定量技術に関しても,従来型のデータ依存分析法(ショットガン分析)に加えて,ターゲットプロテオミクスやデータ非依存分析法などの次世代技術の充実によって,よりハイスループットかつ正確にタンパク質の網羅的定量が可能となりつつある.本稿では最新の定量プロテオーム技術の現状を紹介するとともに,タンパク質絶対定量がもたらす新次元の生命科学研究の方向性について解説する.
メタボローム解析技術とがんの代謝解析への応用【平山明由/曽我朋義】
近年の質量分析装置をはじめとするメタボローム測定技術の進歩に伴い,さまざまな組織や体液中の包括的な代謝物プロファイルの取得が可能になってきた.本稿では,分離分析機器と質量分析装置を組合わせた代表的なメタボローム測定法について概説した後,トランスオミクス解析の重要性についてわれわれが行っているがんの代謝解析の例をあげて紹介する.
網羅的トランスオミクスにおけるビッグデータの解析【瀬々 潤/寺田愛花/津田宏治】
ゲノム,プロテオームのようなオミクスデータは,どれ1つを取っても大きいが,網羅的トランスオミクス解析では,オミクス間の相互作用も扱わなければならない.結果として,数千の転写因子×数万の遺伝子×数万のタンパク質と,数兆,数垓におよぶ組合せを調べる必要が生まれる.一方で,そのなかから,有意に関与している組合せを調べられる計算機的な手法が存在していない.本稿では,網羅的トランスオミクス時代のデータ解析における,情報・統計的な問題点を明らかにし,解決策の1つとして,数兆の組合せを検定した場合でも,有意な組合せを検出可能な無限次元多重検定法(LAMP)を紹介する.
トランスオミクスによる代謝制御ネットワークの再構築【柚木克之/久保田浩行/黒田真也】
インスリン作用の分子ネットワークは複数のオミクス階層にまたがることが知られているが,その全貌は未だ明らかになっていない.われわれは同一条件下で調製したラット肝がん由来Fao細胞からメタボロームおよびリン酸化プロテオームの時系列データを測定し,インスリン刺激後60分以内に応答する多階層代謝制御ネットワークを再構築した.再構築されたインスリン作用のネットワークは,従来の個別分子解析によって知られていた経路以外にも多数の新規経路を含み,インスリンシグナルが従来知られているよりもはるかに広い範囲に伝達されていることを示唆する.
トランスオミクスで読み解く植物二次代謝の多様性【榊原圭子/斉藤和季】
植物は,ヒトの100〜500倍に相当する約20万〜100万種の膨大な物質を生産する能力をもつ.これらの物質の大部分が二次代謝産物 (最近は “特異的代謝産物” ともよばれる) とよばれる植物特有の物質であり,医薬品原料,工業原料として利用されている.モデル植物シロイヌナズナのゲノム解読をきっかけに近年オミクス解析が発展し,植物の代謝研究は,新たな展開を見せはじめている.本稿では,シロイヌナズナの二次代謝研究を中心に各オミクス解析の実際と,複数の階層にまたがるトランスオミクス解析がもたらした研究成果について紹介する.
トランスオミクス解析による創薬標的の網羅的探索【斎藤嘉朗/吉田輝彦】
わが国における創薬力の低下が指摘されており,革新的医薬品の創出は,日本医療研究開発機構 (仮称) の主目的にもなっている.目的達成のためには,臨床試料を用いた解析による新たな創薬標的の探索が急務であり,各種オミクス解析手法が適用されているが,その膨大な情報から真に創薬標的となる分子や反応を選び出すことは難しい.現在,6カ所のナショナルセンター,国立医薬品食品衛生研究所,東京大学,慶應義塾大学が共同で,10種の疾患を対象に,患者臨床試料の単層オミクス解析,さらにはトランスオミクス解析により,創薬標的・バイオマーカーの探索とデータベース構築を行っている.本稿ではその戦略,現状と課題について紹介する.

Update Review

グルカゴン・ルネッサンス ―糖尿病治療標的の新時代─【北村忠弘】

トピックス

カレントトピックス
核内構造体のlncRNA 駆動性スポンジ機能による転写制御【廣瀬哲郎/谷川明恵】
“光遺伝学を用いた新解剖学”により100年ぶりに海馬の主要な記憶神経回路を新たに発見【小原圭吾】
統合失調症患者の神経細胞ゲノムではLINE-1のコピー数が増加している【文東美紀/加藤忠史/岩本和也】
Foxp3 発現T 細胞から分化したTh17 細胞は自己免疫性関節炎の悪化に重要な役割を果たす【小松紀子/高柳 広】

連載

生命に魅せられた研究者たちのマイルストーン
家族性パーキンソン病原因遺伝子の発見【水野美邦】
クローズアップ実験法
遺伝子コード型インジケータによる細胞局所Ca2+ダイナミクスの可視化─【千葉秀平/井上尊生】
Dr. キタノのシステムバイオロジー塾
第4講 システムバイオロジーをオープニング・ゲームに使う~細胞老化研究の事例【北野宏明】
補講 システムバイオロジーのマップとモデル─【松岡由希子/藤田一広/Samik Ghosh】
実験動物の温故知新
ヒト化マウスの開発に至るまで【伊藤 守】
Campus & Conference 探訪記
“ラット”って,どんな研究に使われているの?―第7 回ラットリソースリサーチ研究会【磯谷綾子】
ラボレポート ―留学編―
ベルギーにて,研究を楽しむ心とともに― Vesalius Research Center, VIB, University of Leuven【木瀬孔明】
Opinion ―研究の現場から
いつまで「知識」 を誇っていられるのか【加藤竜司】

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