情報抽出イメージングによる繊毛輸送メカニズムの理解

• Project/Area Number: 21K06163
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44010:Cell biology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高尾 大輔 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (10548811)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 繊毛 / イメージング / トラッキング / ディープラーニング

Outline of Research at the Start

多くの分子を集めることで細胞機能を生み出す重要な場である細胞内のコンパートメントがどのように維持されているのかを、イメージング技術を軸とするアプローチにより明らかにすることが本研究の目的である。生細胞内の混雑した環境内で分子の動態を可視化するには課題も多い。本研究では、ディープラーニングを応用したノイズ除去・トラッキング技術などを開発し、次世代バイオイメージングの基盤を確立する。

Outline of Annual Research Achievements

ミトコンドリアや核に代表されるように、細胞機能を集約したコンパートメント化は細胞の持つ普遍的メカニズムである。中でも、シグナル伝達の場を作り出す繊毛は、内部に微小管骨格による輸送系を持ち、さらに内外の出入りを一か所のゲートで管理するユニークなコンパートメント化メカニズムを持つ。しかしそのメカニズムの詳細は不明な部分が多い。本研究の目的は、シグナル伝達に関わる分子が繊毛ゲートを通過して細胞体へ輸送されるプロセスを可視化することで、繊毛機能の制御メカニズムとユニークなコンパートメント化の意義を明らかにすることである。そのために、直径数百ナノメートルという繊毛内の微小空間に密集した分子の挙動を個々に解析できる単粒子トラッキング技術の開発を行った。
分子が密集した環境でも単粒子を検出可能な蛍光プローブの選択と画像処理技術の開発、および既存の光学顕微鏡の性能を限界まで引き出すチューニングにより、繊毛内の密な空間における単粒子トラッキング技術を確立し、生細胞の繊毛内輸送の解析を行った。さらに、ディープラーニングを含むAI技術を応用し、細胞画像から有益な情報を抽出する画像解析技術の開発も進めた。
これまで開発した技術を応用することで今後さらに研究を発展させる計画であったが、研究代表者の海外研究機関への異動に伴い、本年度中に課題を廃止することとなった。学会発表など、これまでの研究経過において一定の成果が得られた。

Research Products

• [Presentation] 細胞集団ダイナミクス解析のためのAI技術による細胞トラッキングとプロファイリング (2022)
  • Author(s): 高尾大輔、犬塚悠剛、池崎圭吾、岡田康志
  • Organizer: 第127回日本解剖学会総会・全国学術集会