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研究テーマ

近年、医学・生物学領域において、計測技術の進歩により多数のビッグデータが生み出されています。当研究室では、生命現象を理解し、予測・個別化医療に応用するための数理的基盤を確立することを目標に研究を行っています。

1.ネットワークによる制御因子予測
 当研究室ではこれまでに、出芽酵母の大規模シグナル伝達モデルの構築と、膨大なChIP-seqデータに基づく遺伝子制御ネットワークの構築を行ってきました。
 これらのネットワークに加えて、網羅的スクリーニングデータに基づいたタンパク質相互作用ネットワーク(PPIネットワーク)に、タンパク質の局在や機能をデータベースから取り入れ、機械学習を導入することで実際の細胞内プロセスに立脚したパスウェイモデルを構築することを目指しています。

2.機械学習による層別化とトランスレーショナル・リサーチ
 機械学習は、従来の統計的手法では検出が難しかった複雑な因子同士の交絡や、非線形な影響を抽出するのに有用であり、今後の生物学研究において必要不可欠なツールになると考えられます。しかしながら、既存の機械学習手法は、画像やWeb情報などの、膨大なサンプルがあり、欠測の少ないデータを対象としています。当研究室では、医学・生物学の不完全でノイズの多いデータに対しても適用可能な機械学習アルゴリズムの開発に取り組み、実際の臨床データに適用することで患者の層別化とそれぞれの疾患病態を特徴づけるバイオマーカーの探索を行います。

3.状態遷移モデルと未来予測
 生命現象や疾患は一定の規則・秩序に従った状態遷移過程と考えられます。当研究室では、計測時刻が散発的で不規則な医学・生物学の時系列データに、機械学習、応用数学を適用することで、状態遷移の規則を抽出し、未来予測を行うことを目指します。

業績

Kawakami E, Adachi N, Senda T, Horikoshi M., Leading role of TBP in the Establishment of Complexity in Eukaryotic Transcription Initiation Systems., Cell Reports, 21, 3941-3956, 2017

Kawakami E, Nakaoka S, Ohta T, Kitano H., Weighted enrichment method for prediction of transcription regulators from transcriptome and global chromatin immunoprecipitation data., Nucleic Acids Res., 44, 5010-21, 2016

Kawakami E, Singh VK, Matsubara K, Ishii T, Matsuoka Y, Hase T, Kulkarni P, Siddiqui K, Kodilkar J, Danve N, Subramanian I, Katoh M, Shimizu-Yoshida Y, Ghosh S, Jere A, Kitano H., Network analyses based on comprehensive molecular interaction maps reveal robust control structures in yeast stress response pathways., npj Syst. Biol. App., 2, 15018, 2016

Watanabe T, Kawakami E, Shoemaker JE, Lopes TJ, Matsuoka Y, Tomita Y, Kozuka-Hata H, Gorai T, Kuwahara T, Takeda E, Nagata A, Takano R, Kiso M, Yamashita M, Sakai-Tagawa Y, Katsura H, Nonaka N, Fujii H, Fujii K, Sugita Y, Noda T, Goto H, Fukuyama S, Watanabe S, Neumann G, Oyama M, Kitano H, Kawaoka Y., Influenza virus-host interactome screen as a platform for antiviral drug development., Cell Host Microbe, 16, 795-805, 2014

Kawakami E, Watanabe T, Fujii K, Goto H, Watanabe S, Noda T, Kawaoka Y., Strand-specific real-time RT-PCR for distinguishing influenza vRNA, cRNA, and mRNA., J. Virol. Methods, 173, 1-6, 2011

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