Characterizing cancer metabolism from bulk and single-cell RNA-seq data using METAFlux

Characterizing cancer metabolism from bulk and single-cell RNA-seq data using METAFlux - Nature Communications

1. 本研究の学術的背景，研究課題の核心をなす学術的「問い」は？
- 細胞は、栄養が不足している条件下で代謝戦略を変えて、生存と成長をサポートする場合がある。腫瘍微小環境（TME）における代謝再編成を特徴づけることは、癌研究や患者ケアにおいて重要である。しかし、従来の技術は代謝物の一部しか測定できず、場所特異的な測定を行うことができなかった。本研究の学術的背景や核心となる問いは、大規模トランスクリプトミクスデータから代謝フラックスを推定するためのFlux Balance Analysis（FBA）などの計算手法が開発されているが、TMEの特性を特徴づけるための現在の手法の信頼性について不明な点がある。

2. 本研究の目的及び学術的独自性と創造性は？
- 本研究の目的は、FBAを拡張して、大規模または単一細胞転写状態解析（bulkまたはsingle-cell transcriptomic dataを用いた）において代謝フラックスの推定を可能にする計算枠組みMETAFluxを提供することである。METAFluxは、多様ながんおよび免疫療法における細胞ヘテロジェネ性と代謝相互作用を特徴づける能力を実証することができる。本研究の独自性と創造性は、TMEにおける代謝再編成を推定するために、転写状態解析を利用した計算ツールを開発することにある。

3. 本研究の着想に至った経緯や，関連する国内外の研究動向と本研究の位置づけは？
- 代謝物質の一部しか測定できない従来の技術では、TMEの代謝再編成を特徴づけることができない。本研究は、FBAの反応平衡解析に基づく計算手法であるMETAFluxを開発し、転写状態解析を用いた大規模または単一細胞試料から代謝フラックスを推定することができる。この方法を用いることで、免疫療法の応答性に関する情報、腫瘍の進行性や治療法の改善に関する情報を得ることができる。

4. 本研究で何をどのように，どこまで明らかにした？
- 本研究では、METAFluxを使用して、可溶性因子を用いたin vitro生存シグナルに対する代謝再編成と、腫瘍進展における細胞群に向けた代謝プロファイルを分析した。また、がん免疫療法では、免疫細胞とがん細胞の代謝間の相互作用が重要であることが示された。

5. 本研究の有効性はどのように検証した？
- 本研究の有効性は、大規模な実験、in vitroアッセイ、生体試料に対してMETAFluxを適用することで評価された。また、TCGAといった公開データを用いても同様に検証された。これらの試験の結果、METAFluxは代謝ヘテロジェネ性と細胞群間の代謝相互作用を推定する能力を持ち、がん免疫療法における応答性に関する情報を提供することを示した。