非破壊的に生細胞のトランスクリプトームの経時変化を追跡する技術の開発

• Project/Area Number: 22K19275
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 大川 恭行 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80448430)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: トランスクリプトーム / ライブセル / 系譜追跡技術

Outline of Research at the Start

細胞は、エクソソームと呼ばれる細胞外分泌小胞を産生する。特に、エクソソームは細胞質の様々な物質を含んでおり微量にRNAを含有していることが知られているが、その解明はほとんど進んでいない。我々は先行知見を基に、細胞外のエクソソームに含まれる極微量のRNAを安定的に解析する手法を確立することで生細胞の非破壊的RNAseq法を開発する。培養細胞レベルで細胞集団の解析をする手法を開発し、更に個々の細胞をバーコード技術で識別し、分泌した個々のエクソソームを単一エクソソームRNA解析することで、単一細胞レベルのライブセルRNAseq法の開発を行う。

Outline of Annual Research Achievements

個体の表現型は、発生、分化により成立し、老化や死に至る崩壊までダイナミックに変化する。トランスクリプトーム解析は、変化する表現型解析において最も状態を反映する情報としてこれまで汎用されてきた。一方で、現在のトランスクリプトーム解析は、細胞を破壊しRNAを抽出する必要があるため、同一の細胞の変化を追跡することはできない。すなわち、トランスクリプトームに基づく表現型の変化は集団を用いた統計的な推測であり、実追跡に基づいた解析はほとんどなされていない。そこで、本研究では、細胞が分泌するエクソソームに含まれる微量なRNAと内在性のRNAが相関する独自の先行知見に基づき、生細胞の非破壊的RNAseq法の開発を進めた。培養細胞C2C12マウス筋芽細胞は5日間の分化刺激条件の下、形態的およびトランスクリプトーム変化を経て分化する。既に蓄積している本細胞を用いた多くのトランスクリプトーム解析データを活かして、ライブセルRNAseq法の樹立を進めた。細胞の分化刺激後、培養上清からエクソソーム分画
を回収し、分画ごとのRNAseqを行った。RNAseqは全RNAを解析するtotal RNAseq法で行い、内在性のRNAを用いたRNAseqデータと比較し、相関性を検証した。またC2C12細胞以外にマウスES細胞、K562細胞を用いて多角的な検証を行った。
更に、単一細胞レベルでのライブセルRNAseq法の開発を進めた。C2C12マウス筋芽細胞をモデルとして開発を行い、エクソソームを個別に解析する技術開発の原理実証に成功した。細胞一つ当たり1000個のエクソソームが分泌されるため、10xとした単一細胞トランスクリプトーム解析プラットフォームでは単一エクソソーム解析は不可能である。そこで、空間オミクス技術の着想より網羅的な解析法を確立した。プロジェクトを順調に終え、さまざまな検体による応用をすすめている。

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] Genome-wide ATAC-see screening identifies TFDP1 as a modulator of global chromatin accessibility (2024)
  • Author(s): Ishii Satoko、Kakizuka Taishi、Park Sung-Joon、Tagawa Ayako、Sanbo Chiaki、Tanabe Hideyuki、Ohkawa Yasuyuki、Nakanishi Mahito、Nakai Kenta、Miyanari Yusuke
  • Journal Title: Nature Genetics Volume: 56 Issue: 3 Pages: 473-482
  • DOI: 10.1038/s41588-024-01658-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide mapping and cryo-EM structural analyses of the overlapping tri-nucleosome composed of hexasome-hexasome-octasome moieties (2024)
  • Author(s): Nishimura Masahiro、Fujii Takeru、Tanaka Hiroki、Maehara Kazumitsu、Morishima Ken、Shimizu Masahiro、Kobayashi Yuki、Nozawa Kayo、Takizawa Yoshimasa、Sugiyama Masaaki、Ohkawa Yasuyuki、Kurumizaka Hitoshi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 7 Issue: 1 Pages: 61-61
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05694-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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] Cryo-EM and biochemical analyses of the nucleosome containing the human histone H3 variant H3.8 (2023)
  • Author(s): Hirai Seiya、Kujirai Tomoya、Akatsu Munetaka、Ogasawara Mitsuo、Ehara Haruhiko、Sekine Shun-ichi、Ohkawa Yasuyuki、Takizawa Yoshimasa、Kurumizaka Hitoshi
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 174 Issue: 6 Pages: 549-559
  • DOI: 10.1093/jb/mvad069
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phase-separated nuclear bodies of nucleoporin fusions promote condensation of MLL1/CRM1 and rearrangement of 3D genome structure (2023)
  • Author(s): Oka Masahiro、Otani Mayumi、Miyamoto Yoichi、Oshima Rieko、Adachi Jun、Tomonaga Takeshi、Asally Munehiro、Nagaoka Yuya、Tanaka Kaori、Toyoda Atsushi、Ichikawa Kazuki、Morishita Shinichi、Isono Kyoichi、Koseki Haruhiko、Nakato Ryuichiro、Ohkawa Yasuyuki、Yoneda Yoshihiro
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 8 Pages: 112884-112884
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112884
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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] Design and implementation of a hybrid cloud system for large-scale human genomic research. (2023)
  • Author(s): Masao Nagasaki, Yayoi Sekiya, Akihiro Asakura, Ryo Teraoka, Ryoko Otokozawa, Hiroki Hashimoto, Takahisa Kawaguchi, Keiichiro Fukazawa, Yuichi Inadomi, Ken T Murata, Yasuyuki Ohkawa, Izumi Yamaguchi, Takamichi Mizuhara, Katsushi Tokunaga, Yuji Sekiya, Toshihiro Hanawa, Ryo Yamada, Fumihiko Matsuda.
  • Journal Title: Hum Genome Var. Volume: 10 Issue: 1 Pages: 6-6
  • DOI: 10.1038/s41439-023-00231-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Senescence atlas reveals an aged-like inflamed niche that blunts muscle regeneration. (2023)
  • Author(s): Moiseeva V, Cisneros A, Sica V, Deryagin O, Lai Y, Jung S, Andres E, An J, Segales J, Ortet L, Lukesova V, Volpe G, Benguria A, Dopazo A, Benitah SA, Urano Y, Del Sol A, Esteban MA, Ohkawa Y, Serrano AL, Perdiguero E, Munoz-Canoves P.
  • Journal Title: Nature Volume: 613 Issue: 7942 Pages: 169-178
  • DOI: 10.1038/s41586-022-05535-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] STREAMING-tag system reveals spatiotemporal relationships between transcriptional regulatory factors and transcriptional activity (2022)
  • Author(s): Ohishi Hiroaki、Shimada Seiru、Uchino Satoshi、Li Jieru、Sato Yuko、Shintani Manabu、Owada Hitoshi、Ohkawa Yasuyuki、Pertsinidis Alexandros、Yamamoto Takashi、Kimura Hiroshi、Ochiai Hiroshi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 7672-7672
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35286-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Prostaglandin E2 receptor Ptger4b regulates female-specific peptidergic neurons and female sexual receptivity in medaka (2022)
  • Author(s): Fleming Thomas、Kikuchi Yukiko、Nakajo Mikoto、Tachizawa Masaya、Inazumi Tomoaki、Tsuchiya Soken、Sugimoto Yukihiko、Saito Daisuke、Suyama Mikita、Ohkawa Yasuyuki、Baba Takashi、Morohashi Ken-ichirou、Okubo Kataaki
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1215-1215
  • DOI: 10.1038/s42003-022-04195-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Drosophila transcription factor NF-Y suppresses transcription of the lipase 4 gene, a key gene for lipid storage. (2022)
  • Author(s): Yasuhide Yoshioka, Keisuke Anzai, Ryosuke Kowada, Ken Hiratsuka, Teppei Hirayabu, Masashi Yasuda, Yasuyuki Ohkawa, Tetsuya Sato, Mikita Suyama, Hideki Yoshida, Masamitsu Yamaguchi.
  • Journal Title: Exp Cell Res. Volume: 420 Issue: 1 Pages: 113307-113307
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2022.113307
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tmsb10 triggers fetal Leydig differentiation by suppressing the RAS/ERK pathway. (2022)
  • Author(s): Miki Inoue, Takashi Baba, Fumiya Takahashi, Miho Terao, Shogo Yanai, Yuichi Shima, Daisuke Saito, Kei Sugihara, Takashi Miura, Shuji Takada, Mikita Suyama, Yasuyuki Ohkawa, Ken-Ichirou Morohashi.
  • Journal Title: Commun Biol. Volume: 5 Issue: 1 Pages: 974-974
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03941-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of a drug-response gene in multiple myeloma through longitudinal single-cell transcriptome sequencing (2022)
  • Author(s): Masuda Toru、Haji Shojiro、Nakashima Yasuhiro、Tsuda Mariko、Kimura Daisaku、Takamatsu Akiko、Iwahashi Norifusa、Umakoshi Hironobu、Shiratsuchi Motoaki、Kikutake Chie、Suyama Mikita、Ohkawa Yasuyuki、Ogawa Yoshihiro
  • Journal Title: iScience Volume: 25 Issue: 8 Pages: 104781-104781
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104781
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Uterus-specific transcriptional regulation underlies eggshell pigment production in Japanese quail (2022)
  • Author(s): Ishishita Satoshi、Kitahara Shumpei、Takahashi Mayuko、Iwasaki Sakura、Tatsumoto Shoji、Hara Izumi、Kaneko Yoshiki、Kinoshita Keiji、Yamaguchi Katsushi、Harada Akihito、Ohmori Yasushige、Ohkawa Yasuyuki、Go Yasuhiro、Shigenobu Shuji、Matsuda Yoichi、Suzuki Takayuki
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 17 Issue: 3 Pages: 0265008-0265008
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0265008
  • 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] A spinal microglia population involved in remitting and relapsing neuropathic pain (2022)
  • Author(s): Kohno Keita、Shirasaka Ryoji、Yoshihara Kohei、Mikuriya Satsuki、Tanaka Kaori、Takanami Keiko、Inoue Kazuhide、Sakamoto Hirotaka、Ohkawa Yasuyuki、Masuda Takahiro、Tsuda Makoto
  • Journal Title: Science Volume: 376 Issue: 6588 Pages: 86-90
  • DOI: 10.1126/science.abf6805
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Tenogenic Induction From Induced Pluripotent Stem Cells Unveils the Trajectory Towards Tenocyte Differentiation (2022)
  • Author(s): Yoshimoto Yuki、Uezumi Akiyoshi、Ikemoto-Uezumi Madoka、Tanaka Kaori、Yu Xinyi、Kurosawa Tamaki、Yambe Shinsei、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki、Sotomaru Yusuke、Shukunami Chisa
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 10 Pages: 780038-780038
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.780038
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Direct Conversion of Human Endothelial Cells Into Liver Cancer-Forming Cells Using Nonintegrative Episomal Vectors. (2022)
  • Author(s): Goya T, Horisawa K, Udono M, Ohkawa Y, Ogawa Y, Sekiya S, Suzuki A.
  • Journal Title: Hepatol Commun. Volume: - Issue: 7 Pages: 1725-1740
  • DOI: 10.1002/hep4.1911
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 連続免疫染色法による高解像度空間オミクスの開発 (2024)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: ゲノム創薬・創発フォーラム
  • Invited
• [Presentation] 組織形成を理解するための単一細胞マルチオミクスの開発 (2024)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 創薬医学講座
  • Invited
• [Presentation] 組織形成を理解するための単一細胞マルチオミクスの開発 (2023)
  • Author(s): 原田 哲仁、富松航佑、藤井健、大川恭行
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] Developing single-cell multi-omics to understand tissue formation (2023)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: サルコペニア研究会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Comprehensive Analysis of Signal Transduction Activation Pathways through Sequential Immunostaining (2023)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: Single Cell Genomics Conference 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 遺伝子発現制御を包括的に解析する技術の開発 (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 2023年度国立遺伝学研究所クロマチン研究会（NIG-JOINT）
  • Invited
• [Presentation] 組織形成を理解するための単一細胞マルチオミクスの開発 (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 奈良県立医科大学講演
  • Invited
• [Presentation] トランスクリプトミクスによる筋再生過程の高深度解析 (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第9回日本筋学会学術集会/第10回筋ジストロフィー医療研究会
  • Invited
• [Presentation] 組織形成を理解するための単一細胞マルチオミクスの開発 (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 生物科学セミナー
  • Invited
• [Presentation] Development of spatial multi-omics for understanding skeletal muscle aging (2023)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: 1st Symposium on "Skeletal muscle cells in Growth and Disease"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 単一細胞マルチオミクスによる骨格筋分化制御機構の解明 (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第6回運動器と健康研究会
  • Invited
• [Presentation] Spatial multi-omics for understanding chromatin dynamics (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 2023年度高深度オミクスシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] データから変化を取り出す新たな単一細胞解析技術 (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 【富士フイルム】講演
  • Invited
• [Presentation] Single-cell multi-targeted chromatin integration labeling technology for understanding chromatin dynamics (2022)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: CSHA meeting on Integrative Epigenetics in Plants
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 空間オミクス技術によるクロマチン構造制御メカニズムの解明 (2022)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] 細胞恒常性を担うシグナルと遺伝子発現の制御 (2022)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第16回日本臨床ストレス応答学会
  • Invited
• [Presentation] 高深度解析による全ゲノムレベルの単一細胞オミクスへの挑戦 (2022)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: NGS EXPO 2022
  • Invited
• [Presentation] 単一細胞軌跡追跡によるクロマチンダイナミクスの解明 (2022)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 2022年度国立遺伝学研究所クロマチン研究会
  • Invited
• [Presentation] Chromatin regulation during skeletal muscle regeneration (2022)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: 第17回生命医科学研究所ネットワーク国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 骨格筋分化のクロマチンダイナミクス (2022)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 日本遺伝学会第94回大会
  • Invited
• [Presentation] トランスクリプトミクスで迫る細胞分化能 (2022)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 大阪大学産業科学研究所セミナー
  • Invited
• [Presentation] Spatial multi-omics for understanding gene expression regulated by cell-cell interaction. (2022)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: Japan-UK Regulation through Chromatin Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 空間オミクスによる骨格筋組織老化機序の解明 (2022)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第8回日本筋学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] クロマチン解析のための新技術開発の現状と今後の展開 (2022)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第15回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Invited
• [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] 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
• [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/
• [Remarks] 九州大学 生体防御医学研究所 トランスクリプトミクス分野HP
  • URL: https://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp/