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A novel lineage tracing system using dual labeling of fluorescence localization and barcoding

Research Project

Project/Area Number 21K19232
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

Kawamata Masaki  九州大学, 生体防御医学研究所, 助教 (80602549)

Project Period (FY) 2021-07-09 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
KeywordsLineage tracing / DNA barcode / CRISPR-Cas9 / DNAバーコード
Outline of Research at the Start

そこで本研究では、2つの標識法を融合させた「蛍光+DNAバーコード」二重標識法によって1細胞レベルでの解析が可能な新規lineage tracing法を開発する。蛍光に関しては2色の蛍光を細胞局在の違いで9つのパターンを分類できるCRISPR-Cas9の仕組みを利用し、DNAバーコードはCas9で誘導される膨大な種類のindel mutationで同時に付加することができる。これ系を用いてin vitroやin vivoにおける細胞追跡手法としての有用性を実証し、再生メカニズムやがん起源細胞の同定を目的とした解析を行う。

Outline of Final Research Achievements

Labeling methods for cells have so far only been able to discriminate seveeral colors by fluorescence, and have had the problem of low resolution. Therefore, we constructed an AIMS that can identify the induction of indels by CRISPR-Cas9 for two alleles by fluorescence, and developed a system that can identify 9 patterns by fluorescent localization patterns. In addition, by simultaneously labeling DNA barcodes using indels induced by CRISPR-Cas9, we have developed a system that enables analysis of different clones among the same color. We confirmed that the fluorescent patterns and barcodes are diverse in the cell population, and demonstrated the usefulness of the new dual-labeling lineage tracing system.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでのlineage tracingシステムは、蛍光のみで見分けられる細胞数が4個程度で解像度が低い解析系となり、実験結果から誤った仮説を提唱する恐れがあった。今回の二重標識技術を利用することで、識別できる細胞数を格段に増やすことができた。解析精度が格段に高まることによって、今まで築くことができなかったような真の生命現象を解き明かすことに貢献できる点で、学術的意義は大きい。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Optimization of Cas9 activity through the addition of cytosine extensions to single-guide RNAs2023

    • Author(s)
      Kawamata Masaki、Suzuki Hiroshi I.、Kimura Ryota、Suzuki Atsushi
    • Journal Title

      Nature Biomedical Engineering

      Volume: オンライン Issue: 5 Pages: 672-691

    • DOI

      10.1038/s41551-023-01011-7

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Rational optimization of versatile genome editing applicability by tuning CRISPR-Cas9 activity2022

    • Author(s)
      Masaki Kawamata, Hiroshi I Suzuki, Atsushi Suzuki
    • Organizer
      The 31th Hot Spring Harbor Symposium
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プロモーター編集による新規Lineage Tracing法の開発2022

    • Author(s)
      川又 理樹
    • Organizer
      第2回反分野的生物医療学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] プロモーター編集による新規グラデーションRainbow多細胞追跡技術の開発2022

    • Author(s)
      川又 理樹、鈴木洋、鈴木淳史
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] DNAバーコード+蛍光グラデーション同時標識による多細胞追跡技術の開発2022

    • Author(s)
      川又 理樹、鈴木洋、鈴木淳史
    • Organizer
      新学術領域「細胞ダイバース」研究成果報告 公開シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] DNA barcodeを介した勾配蛍光誘導による次世代型二重標識Lineage tracing技術の開発2022

    • Author(s)
      川又 理樹、鈴木洋、鈴木淳史
    • Organizer
      日本ゲノム編集学会第7回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 蛍光(位置情報)+バーコード(1細胞情報)細胞同時標識システムの開発2022

    • Author(s)
      川又理樹
    • Organizer
      第四回若手ワークショップ(細胞ダイバース)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of CRISPR-Based Rainbow/Barcode Dual Labeling System2022

    • Author(s)
      Masaki Kawamata, Hiroshi I Suzuki, Atsushi Suzuki
    • Organizer
      The 30th Hot Spring Harbor Symposium
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 活性調節型CRISPR-Cas9による安全で効率的な遺伝子治療技術の開発2021

    • Author(s)
      川又理樹、 鈴木洋、鈴木淳史
    • Organizer
      日本ゲノム編集学会 第六回総会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] CRISPR-Cas9による新規Rainbow/バーコード二重標識システムの開発2021

    • Author(s)
      川又理樹、 鈴木洋、鈴木淳史
    • Organizer
      第44回 日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Development of CRISPR-Based Rainbow/Barcode Dual Labeling System2021

    • Author(s)
      Masaki Kawamata, Hiroshi I Suzuki, Atsushi Suzuki
    • Organizer
      Hot Spring Harbor Symposium 2022
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 蛍光(位置情報)+バーコード(1細胞情報)細胞同時標識システムの開発2021

    • Author(s)
      川又理樹
    • Organizer
      第四回若手ワークショップ(細胞ダイバース)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] ゲノム編集の効率や安全性を100倍以上高める新技術を開発

    • URL

      https://www.bioreg.kyushu-u.ac.jp

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究業績を更新しました。

    • URL

      https://www.bioreg.kyushu-u.ac.jp/labo/orgreg/top.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] ゲノム編集の効率や安全性を 100 倍以上高める新技術を開発

    • URL

      https://www.kyushu-u.ac.jp/f/52306/23_0411_01.pdf

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2021-07-13   Modified: 2024-01-30  

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