Integrated single-cell multiomics analysis of primate brain for elucidating the molecular basis of human uniqueness
| Project/Area Number |
23K23973
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| Project/Area Number (Other) |
22H02710 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 45050:Physical anthropology-related
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| Research Institution | University of Hyogo (2023-2024)
Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences (2022) |
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Principal Investigator |
郷 康広 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (50377123)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
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| Keywords | シングルセル / オミクス解析 / 霊長類 / 脳 / 進化 / ヒト / チンパンジー / 類人猿 / オミックス / オミックス解析 |
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| Outline of Research at the Start |
ヒトの知性をつかさどるヒト特異的な脳細胞は果たしてあるのか？ この問いにヒトと類人猿4種の死後脳を用いた、1細胞解像度の遺伝子発現解析、クロマチン動態解析、空間遺伝子発現解析、空間タンパク質発現解析の4次元統合マルチオミックス解析により解明することを目的とする。得られた結果から、ゲノムという設計図が脳という場においてどのように時空間的に制御され、種の固有性・特殊性となって現れるのか、1細胞が持つ分子情報をデジタル情報として網羅的に読み出し、種間比較することで、ヒト脳の特異性を担保する「ヒト特異的脳細胞」を定義・同定・評価し、「ヒトとは何か」という問いを明らかにすることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒトらしさをつかさどるヒト特異的脳細胞を同定するために，ヒトと類人猿の死後脳を用いたシングルセル比較トランスクリプトーム解析を行った．ヒトや類人猿は実験動物ではないため，新鮮な脳試料を入手することが難しい．そのため，シングルセルトランスクリプトーム解析に通常用いられる生細胞ではなく，凍結試料でも使用が可能であると考えられている細胞核を用いたシングル核トランスクリプトーム解析の実験プロトコル・解析パイプラインを構築し，実験を推進した．
令和4年度は，短鎖型シーケンサーを用いたハイスループットトランスクリプトーム解析と長鎖型シーケンサーを用いた1細胞完全長トランスクリプトーム解析を行った．
短鎖型シーケンサーを用いた解析では，ヒト2検体，チンパンジー1個体，ゴリラ1個体死後脳の前頭前野と海馬からサンプルあたり平均7,000個の細胞核の遺伝子発現データを取得した．情報解析の結果，それぞれのサンプルから１細胞核あたり平均2,500遺伝子の発現データを取得することができた．前頭前野と海馬由来の合計8サンプルを統合して解析した結果，合計28種類の細胞タイプを同定することができた．各細胞タイプにおける3種間の構成比を検討した結果，3種間で大きな偏りが認められる細胞タイプを同定した．特に，ミクログリアにおいてはヒト特異的な細胞タイプの存在が示唆された．
長鎖型シーケンサーを用いた1細胞完全長トランスクリプトーム解析に関しては，シーケンス結果を取得し，解析中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
短鎖型シーケンサーを用いた解析では，ヒト2検体，チンパンジー1個体，ゴリラ1個体死後脳の前頭前野と海馬からサンプルあたり4,300から11,300個（平均7,000個）の細胞核の遺伝子発現データを取得した．情報解析の結果，それぞれのサンプルから１細胞核あたり1,600から3,600遺伝子（平均2,500遺伝子）の発現データを取得することができた．前頭前野と海馬由来の合計8サンプルを統合して解析した結果，11種類の興奮性神経細胞，8種類の抑制性神経細胞，2種類のアストロサイト，3種類のオリゴデンドロサイト，1種類のオリゴデンドロサイト前駆細胞，2種類のミクログリア，1種類の上皮細胞を同定することができた．各細胞タイプにおける3種間の構成比を検討した結果，3種間で大きな偏りが認められる細胞タイプを同定した．マウスとの比較を行った先行研究によりヒト特異的な抑制性神経細胞と思われていた細胞タイプはヒトだけでなくチンパンジーとゴリラにも存在することを明らかにした．一方で，ミクログリアにおいてはヒト特異的な細胞タイプの存在が示唆された． 長鎖型シーケンサーを用いた1細胞完全長トランスクリプトーム解析に関しては，シーケンス結果を取得し，解析中である．
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| Strategy for Future Research Activity |
短鎖型シーケンサーを用いた解析に加えて長鎖型シーケンサーを用いた1細胞完全長トランスクリプトーム解析を行うことで，ヒト（あるいはチンパンジー）特異的かつ細胞タイプ特異的なアイソフォームの同定が可能になる．種特異的なアイソフォームを細胞タイプの粒度で明らかにした研究は世界初の研究になると思われ，高いインパクトが期待できる．
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Report
(1 results)
Research Products
(21 results)
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[Presentation] Social behavior analysis of monkeys in a group based on a novel 3D markerless motion capture system2023
Author(s)
Jumpei Matsumoto, Takaaki Kaneko, Kei Kimura, Salvador Blanco Negrete, Naoko Suda-Hashimoto, Akihisa Kaneko, Mayumi Morimoto, Eri Sumiya, Hiroshi Nishimaru, Tsuyoshi Setogawa, Yasuhiro Go, Tomohiro Shibata, Hisao Nishijo, Masahiko Takada, Ken-ichi Inoue
Organizer
第100回日本生理学会大会
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[Presentation] 3D markerless motion capture of multiple freely behaving monkeys in a group cage2022
Author(s)
Jumpei Matsumoto, Takaaki Kaneko, Kei Kimura, Naoko Suda-Hashimoto, Akihisa Kaneko, Mayumi Morimoto, Salvador Blanco Negrete, Naoko Suda-Hashimoto, Akihisa Kaneko, Mayumi Morimoto, Eri Sumiya, Hiroshi Nishimaru, Tsuyoshi Setogawa, Yasuhiro Go, Tomohiro Shibata, Hisao Nishijo, Masahiko Takada, Ken-ichi Inoue
Organizer
第45回日本神経科学大会・第65回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会合同大会
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