| Project Area | Census-based biomechanism of circuit construction and transition for adaptive brain functions |
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| Project/Area Number |
21H05245
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | University of Hyogo (2023-2024)
Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences (2021-2022) |
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Principal Investigator |
郷 康広 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (50377123)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
二階堂 愛 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00383290)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥88,140,000 (Direct Cost: ¥67,800,000、Indirect Cost: ¥20,340,000)
Fiscal Year 2024: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
Fiscal Year 2023: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
Fiscal Year 2022: ¥19,630,000 (Direct Cost: ¥15,100,000、Indirect Cost: ¥4,530,000)
Fiscal Year 2021: ¥22,360,000 (Direct Cost: ¥17,200,000、Indirect Cost: ¥5,160,000)
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| Keywords | シングルセル / オミクス解析 / バイオインフォマティクス / 細胞型 / 神経回路 / 神経細胞 / オミックス / 遺伝子発現 / オミックス解析 |
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| Outline of Research at the Start |
環境に適応する過程で構築・遷移する神経回路の導出とそれを担う細胞タイプをセンサスするために、①高出力1細胞RNA-seq解析による数十万細胞の細胞タイプセンサス、②高感度1細胞RNA-seq解析による細胞タイプセンサス、③完全長1細胞RNA-seq解析による網羅的RNA種センサス、④多階層1細胞オミックス解析による回路・細胞活動・遺伝子発現同時センサス、⑤空間1細胞RNA-seq解析による細胞分布センサス、の5次元細胞センサス技術開発を高度化させ、領域内連携研究として3次元モダリティー（細胞分布seq・神経回路seq・神経活動seq）に応用し、適応回路の構築と遷移の設計原理の解明に挑む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，生物の適応過程で外部からの入力に応じ動的に変容する回路構築・回路遷移メカニズムの基盤となる適応回路の同定とそれを担う細胞タイプを1細胞レベルでセンサスし，適応機能の構築と遷移のバイオメカニズムの実体に迫ることを目的とする．そのために，①高出力オミックス解析による数十万細胞の細胞タイプセンサス，②高感度オミックス解析による世界最高感度の遺伝子検出による細胞タイプセンサス，③完全長オミックス解析によるノンコーディングRNA，エンハンサーRNA,スプライシングRNAなどの網羅的RNA種センサス，④多階層オミックス解析による回路・細胞活動・遺伝子発現同時センサス，⑤空間オミックス解析による細胞分布センサス，の5次元細胞センサス技術開発を行うとともに領域内連携を推進する．これらセンサス技術開発を通じて，外部刺激に適応する回路動態の設計原理の解明に挑む．
令和４年度は，ハイスループット型ライブラリ作製装置（10xGenomics社Chromium Xシステム）を用いて一度の実験で20万を超えるsingle-cell RNA-seq ライブラリの作製を行える実験・解析環境を構築した．また，二階堂班で開発した世界最高検出感度を有するQuartz-seq2を導入し，領域内連携研究によるPatch-seq法の実験・解析環境を構築した．さらに，領域内連携として，多階層オミックス解析および空間オミックス解析手法の予備実験を開始し，実験の最適化と高度化を行った．
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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
１細胞遺伝子発現解析に用いる解析細胞数のハイスループット化のための解析環境を高度化した．具体的には，令和３年度に導入したハイスループット型ライブラリ作製装置（10xGenomics社Chromium Xシステム）を用いた解析細胞数のハイスループット化を行い，一度の実験で20万細胞を超える高品質なライブラリ作製を行うことのできるプロトコルを実現した．また，ライブラリの品質チェックのための周辺機器（ハイスループット電気泳動システム，微量分注機）を整備するとともに，大規模情報解析用のワークステーションの整備・運用を行った．また，細胞分布オミクス・細胞活動オミクス解析のために，サンプル間・実験間のbatch effectの低減化のための多サンプル（同時処理）化とハイスループット化に関する条件検討をマウス，マーモセット，およびヒトのサンプルを対象として検証した．その結果，マウスの同腹仔においても10個体由来の細胞もしくは細胞核を事前の標識なしに分離することが可能であることを明らかにした．小林班との領域内連携研究としてラットの学習の過程で変遷する神経回路を担う分子実態を明らかにするための遺伝子発現解析を行った．また，佐々木班との領域内連携研究としてin vivo Patch-seqの大規模化を行い，約50細胞のデータを取得した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度に導入したハイスループット型1細胞解析プラットフォーム（10xGenomics社Chromium Xシステム）のハイスループット化をさらにすすめる．また，複数サンプルのゲノム変異情報を加味した同時処理化の実験・解析パイプラインをさらに高度化し領域内の連携研究に活用する．この高度化によって，1度の実験で50万を超える細胞の遺伝子発現およびクロマチン動態に関するデータの取得を目指す．また，遺伝子発現に加えて細胞活動や神経回路を同時計測するためのマルチオミックス解析手法の開発・予備実験を行う．
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