細胞競合における細胞間相互作用を計測するための空間オミクス技術開発

• Project Area: Understanding multicellular autonomy by competitive cell-cell communications
• Project/Area Number: 21H05292
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 原田 哲仁 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (60596823)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥88,010,000 (Direct Cost: ¥67,700,000、Indirect Cost: ¥20,310,000); Fiscal Year 2025: ¥14,170,000 (Direct Cost: ¥10,900,000、Indirect Cost: ¥3,270,000); Fiscal Year 2024: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000); Fiscal Year 2023: ¥14,170,000 (Direct Cost: ¥10,900,000、Indirect Cost: ¥3,270,000); Fiscal Year 2022: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000); Fiscal Year 2021: ¥31,590,000 (Direct Cost: ¥24,300,000、Indirect Cost: ¥7,290,000)
• Keywords: 空間オミクス / 細胞競合 / マルチオミクス

Outline of Research at the Start

細胞競合は細胞間の相互作用を介した細胞排除現象であり、多細胞生命システムが自身の構造や機能を最適化する「自律性」を生み出す要の一つであると考えられる。細胞競合のプロセスを完全に理解するには、、細胞集団内の細胞間にわずかな性質の差を細胞間の時空間的な相互作用と遺伝子発現・シグナル変化を単一細胞レベルで定量的に解析する必要がある。そこで本研究では、これまでに開発した独自の空間オミクス解析技術を基盤として、細胞競合における細胞間相互作用を計測するための新たな空間マルチオミクス技術の開発と独自空間オミクス技術を駆使し、本領域内の細胞競合の分子基盤と多細胞生命システムの自律性生成原理の理解に迫る。

Outline of Annual Research Achievements

細胞競合は細胞間の相互作用を介した細胞排除現象であり、多細胞生命システムが自身の構造や機能を最適化する「自律性」を生み出す要の一つであると考えられる。細胞競合のプロセスを完全に理解するには、細胞集団内の細胞間にわずかな性質の差を細胞間の時空間的な相互作用と遺伝子発現・シグナル変化を単一細 胞レベルで定量的に解析する必要がある。そこで本研究では、これまでに開発した独自の空間オミクス解析技術を基盤として、細胞競合における細胞間相互作用を計測するための新たな空間マルチオミクス技術の開発と独自空間オミクス技術を駆使し、本領域内の細胞競合の分子基盤と多細胞生命システムの自律性生成原理の理解を目指す。本年度は、本領域で対象となる組織や細胞の形態や状態の違いに適した空間トランスクリプトーム解析のプロトコル改変を進めた結果、いくつかの生物種でのプロトコルを開発した。また、空間トランスクリプトーム解析、空間エピゲノム解析に加えて、空間プロテオミクスを加えた空間マルチオミクスの可能性を検討した。その結果、試薬の入れ替えにより切り離しが可能な小分子化合物をリンカーとして、蛍光色素を抗体に結合させたPrecise Emission Canceling Antibodiesプローブを作製した。本プローブを用いて、100種類以上の空間プロテオミクス解析を達成し、論文公開を行った。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初予定に沿って、データ取得を進めており当初の計画通りに進展している。

Strategy for Future Research Activity

研究計画に従って進めていく。

Research Products

• [Journal Article] Production of a Monoclonal Antibody for Histone H2b Isoform H2b3b (2024)
  • Author(s): Egashira Saki、Tachibana Taro、Nakamura Mako、Ohkawa Yasuyuki、Harada Akihito
  • Journal Title: Monoclonal Antibodies in Immunodiagnosis and Immunotherapy Volume: 43 Issue: 2 Pages: 75-80
  • DOI: 10.1089/mab.2023.0025
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Precise immunofluorescence canceling for highly multiplexed imaging capturing specific cell state (2023)
  • Author(s): Tomimatsu Kosuke、Fujii Takeru、Bise Ryoma、Hosoda Kazufumi、Taniguchi Yosuke、Ochiai Hiroshi、Ohishi Hiroaki、Ando Kanta、Minami Ryoma、Tanaka Kaori、Tachibana Taro、Mori Seiichi、Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Nagasaki Masao、Uchida Seiichi、Kimura Hiroshi、Narita Masashi、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2023.10.17.561810
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] FOXK1 promotes nonalcoholic fatty liver disease by mediating mTORC1-dependent inhibition of hepatic fatty acid oxidation. (2023)
  • Author(s): Fujinuma S, Nakatsumi H, Shimizu H, Sugiyama S, Harada A, Goya T, Tanaka M, Kohjima M, Takahashi M, Izumi Y, Yagi M, Kang D, Kaneko M, Shigeta M, Bamba T, Ohkawa Y, Nakayama KI*.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42(5) Issue: 5 Pages: 112530-112530
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112530
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Photo-isolation chemistry for high-resolution and deep spatial transcriptome with mouse tissue sections (2022)
  • Author(s): Honda Mizuki、Kimura Ryuichi、Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Tanaka Kaori、Ohkawa Yasuyuki、Oki Shinya
  • Journal Title: STAR Protocols Volume: 3 Issue: 2 Pages: 101346-101346
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2022.101346
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Uterus-specific transcriptional regulation underlies eggshell pigment production in Japanese quail. (2021)
  • Author(s): 1.Ishishita S, Kitahara S, Takahashi M, Iwasaki S, Tatsumoto S, Hara I, Kaneko Y, Kinoshita K, Yamaguchi K, Harada A, Ohmori Y, Ohkawa Y, Go Y, Shigenobu S, Matsuda Y, Suzuki T.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 17
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Recent advances in single-cell epigenomics. (2021)
  • Author(s): 2.Harada A, Kimura H, Ohkawa Y.
  • Journal Title: Curr Opin Struct Biol. Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Modeling population size independent tissue epigenomes by ChIL-seq with single thin sections. (2021)
  • Author(s): 3.Maehara K, Tomimatsu K, Harada A, Tanaka K, Sato S, Fukuoka M, Okada S, Handa T, Kurumizaka H, Saitoh N, Kimura H, Ohkawa Y.
  • Journal Title: Mol Syst Biol. Volume: 17
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 単一細胞マルチエピゲノム解析による分化過程のクロマチンダイナミクスの可視化 (2023)
  • Author(s): 原田哲仁、藤井健、前原一満、木村宏、大川恭行
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 細胞状態のダイナミクスを解析する空間マルチオミクス技術の開発 (2023)
  • Author(s): 原田 哲仁、富松 航佑
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] High-throughput single cell multi-epigenomic profiling using chromatin integration labelling-sequence (2023)
  • Author(s): Akihito Harada, Takeru Fujii, Kazumitsu Maehara, Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: Cell Symposia | The Conceptual Power of Single Cell Biology 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞状態変化を計測するためのマルチオミクス技術開発 (2023)
  • Author(s): 原田哲仁、富松航佑
  • Organizer: 第16回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Invited
• [Presentation] 単一細胞エピゲノム解析を用いたクロマチンマッピングによるゲノム機能の解明 (2022)
  • Author(s): 原田哲仁, 藤井健, 前原一満, 木村宏, 大川恭行
  • Organizer: 第45回分子生物学会
• [Presentation] 単一細胞エピゲノム解析によるゲノム動作原理の理解 (2022)
  • Author(s): 原田哲仁
  • Organizer: 第15回日本エピジェネティクス研究会年会
• [Presentation] 組織特異的な遺伝子発現機構の解明 (2022)
  • Author(s): 原田哲仁
  • Organizer: 筑波大学TARAセミナー
  • Invited
• [Presentation] ChIL法による単一細胞マルチオミクスプロファイリング (2021)
  • Author(s): 原田哲仁
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] Epigenomic lineage tracing toward the understanding acquisition of tissue-specific gene expression profile (2021)
  • Author(s): 原田哲仁
  • Organizer: ＩＭＳセミナー
  • Invited
• [Book] Precision Medicine (2023)
  • Author(s): 富松 航佑, 原田 哲仁
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 北隆館
• [Book] 生体の科学 (2023)
  • Author(s): 原田 哲仁, 富松 航佑, 武 千メイ, 大川 恭行
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 公益財団法人金原一郎記念医学医療振興財団・医学書院
• [Book] 月刊細胞 (2023)
  • Author(s): 原田 哲仁，大川 恭行
  • Total Pages: 4
  • Publisher: ニューサイエンス社
• [Book] Journal of Japanese Biochemical Society (2021)
  • Author(s): 原田 哲仁，大川 恭行
  • Publisher: 日本生化学会
• [Remarks] 九州大学 トランスクリプトミクス分野ホームページ
  • URL: https://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp/