Dissection of cell fate regulation by non-invasive genome and epigenome analysis

• Project/Area Number: 19H03217
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43060:System genome science-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Watanabe Akira 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (60506765)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂本 智子 京都大学, 医学研究科, 研究員 (70648427) ; 沖田 圭介 京都大学, iPS細胞研究所, 講師 (90512434)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: DNAコピー数 / 非侵襲的解析 / ゲノム解析 / ゲノム科学 / iPS細胞 / ゲノム異常 / 非侵襲的 / ゲノム / エピゲノム

Outline of Research at the Start

本研究課題では、細胞から漏洩する核酸を解析することで、細胞を破壊することなく、培養細胞のゲノムやエピゲノム状態を経時的にモニタリングできる技術を提供する。さらに、この技術によって一部の細胞がもつ異常を捉えるモザイシズムを検出する。そして、がん化や細胞分化などの細胞状態が遷移する過程を可視化することを実現する。基本技術については既に概念検証に成功しており、さらに基盤及び応用研究を推進することで、経時的なゲノムやエピゲノムのモニタリングが可能な次世代のゲノム・エピゲノムインテグリティ解析としてのスタンダードを確立する。

Outline of Final Research Achievements

Genomic aberrations and alterations of epigenome are associated with cell differentiation and tumorigenesis. Current analysis for genome and epigenome after lysis of the cells is far from continuous observation of the status. We have established non-invasive assay by copy number analysis of cell-free DNA. The result was approximately close to DNA copy number analysis of genomic DNA obtained by lysis of the cells. We developed novel in silico tools to detect copy number mosaicism from results of the non-invasive DNA copy number analysis.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本方法は、細胞を破砕せずにDNA状態を解析でき、一部の細胞で生じる変化を捉えることができる。すなわち、細胞培養中に生じるDNAコピー数変化を捉えられることから、再生医療用細胞の品質評価への応用が可能である。また、研究に用いる初代培養細胞や細胞株の拡大培養における品質評価も可能となっており、学術的および産業的に幅広い応用が期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Induction of inverted morphology in brain organoids by vertical-mixing bioreactors (2021)
  • Author(s): Suong D, Imamura K, Inoue I, Kabai R, Sakamoto S, Okumura T, Kato Y, Kondo T, Yada Y, Klein WL, Watanabe A, Inoue H
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Issue: 1 Pages: 1213-1213
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02719-5
  • NAID: 120007166023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 発生・再生研究における1細胞遺伝子発現解析の現状 (2021)
  • Author(s): 渡辺 亮、越前 佳奈恵、松島 早希、奥村 龍哉
  • Journal Title: 医学のあゆみ「一細胞解析―技術と応用―」 Volume: 276巻10号 Pages: 1003-1009
• [Journal Article] Transcriptome Analysis Dissects the Replicating Process of Pancreatic Beta Cells in Partial Pancreatectomy Model (2020)
  • Author(s): Tatsuoka H, Sakamoto S, Yabe D, Kabai R, Kato U, Okumura T, Botagarova A, Tokumoto S, Usui R, Ogura M, Nagashima K, Mukai E, Fujtani Y, Watanabe A, Inagaki N
  • Journal Title: iScience Volume: 23 Issue: 12 Pages: 101774-101774
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101774
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Modular Differentiation System Maps Multiple Human Kidney Lineages from Pluripotent Stem Cells. (2020)
  • Author(s): Tsujimoto H, Kasahara T, Sueta SI, Araoka T, Sakamoto S, Okada C, Mae SI, Nakajima T, Okamoto N, Taura D, Nasu M, Shimizu T, Ryosaka M, Li Z, Sone M, Ikeya M, Watanabe A, Osafune K.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 31 Issue: 1 Pages: 107476-107476
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.03.040
  • NAID: 120006823939
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 日常化するシングルセル遺伝子発現解析が展開する医学研究. (2019)
  • Author(s): 坂本智子, 渡辺亮
  • Journal Title: 遺伝子医学 Volume: 9 Pages: 116-121
  • NAID: 40022087132
• [Journal Article] 医学・生物学研究に実装されるシングルセルゲノミクス (2019)
  • Author(s): 渡辺亮
  • Journal Title: 実験医学別冊「シングルセルゲノミクス」 Volume: 37 Pages: 22-28
• [Journal Article] 単細胞レベルでの膵内分泌細胞の不均一性と機能解明 (2019)
  • Author(s): 龍岡久登，坂本智子，渡辺亮，稲垣暢也
  • Journal Title: 実験医学別冊「シングルセルゲノミクス」 Volume: 37 Pages: 68-73
• [Journal Article] iPS細胞のシングルセル遺伝子発現解析 (2019)
  • Author(s): 今村恵子，渡辺亮，井上治久
  • Journal Title: 実験医学別冊「シングルセルゲノミクス」 Volume: 37 Pages: 145-148
• [Presentation] システムズシングルセルオミックスで迫る細胞運命と医療への展開 (2019)
  • Author(s): 渡辺亮
  • Organizer: 第83回 生化学会中部支部 例会・シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] エピジェネティクスが解き明かすがんと発生 (2019)
  • Author(s): 渡辺亮
  • Organizer: 第13回エピジェネティクス研究会年会
• [Presentation] シングルセルゲノミクスで実践する医学研究 (2019)
  • Author(s): 渡辺亮
  • Organizer: 第78回日本癌学会学術総会
• [Book] 実験医学別冊「シングルセルゲノミクス」 (2019)
  • Author(s): 渡辺亮, 鈴木穣編
  • Total Pages: 219
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758103831