Systematic analysis for cellular diversity formation in epithelial tissues by regulators of EMT/MET

• Project Area: Integrated analysis and regulation of cellular diversity
• Project/Area Number: 18H05106
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 渡邉 和秀 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 上級研究員 (40749397)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2018: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: 細胞多様性 / 上皮間葉移行 / 間葉上皮移行 / 上皮幹細胞 / 乳腺 / Perturb-seq / 乳腺上皮細胞 / 組織多様性

Outline of Annual Research Achievements

上皮・間葉細胞間の「Transdifferentiation」である上皮間葉移行（EMT）と間葉上皮移行（MET）は組織発生の過程で細胞系列のダイバーシティーを形成するメカニズムとして重要である。本研究の目的は、最近開発された画期的な機能的スクリーニング法を用いて、乳腺組織形成の過程において細胞のダイバーシティーを獲得していく際のEMT/MET制御因子の役割を系統的に理解することである。
まず、マウスの正常乳腺上皮細胞のシングルセルRNA-seqおよびATAC-seqの解析を進め、学会および論文発表を行った（Integrated single-cell transcriptomics and chromatin accessibility analysis reveals novel regulators of mammary epithelial cell identity.
Nicholas Pervolarakis, Quy H. Nguyen, Guadalupe Gutierrez, Peng Sun, Darisha Jhutty, Grace XY Zheng, Corey M Nemec, Xing Dai, Kazuhide Watanabe, Kai Kessenbrock BioRxiv doi: https://doi.org/10.1101/740746）。非妊娠期の乳腺上皮細胞はこれまで基底細胞と二種類の管腔細胞（ホルモン反応型と乳汁分泌型）に分類されていたが、乳汁分泌型管腔細胞にはこれまで報告されていなかった二つの状態（分化、未分化）が存在し、特異な遺伝子発現パターンとエピゲノム状態を示すことがわかった。これらの結果は乳腺組織の細胞ダイバーシティーの理解を一層深める知見である。
Perturb-seq法に用いるためのベクターシステムとして既に報告されているバーコードシステムを用いて予備実験を行ったが、感染効率などの問題で有意義なデータは得られなかった。そこで、方向転換を行い新たにCRISPRリニエージトレーシング法という、ゲノム編集と系統追跡を組み合わせた解析法を開発し、その方法を用いて現在乳腺組織形成におけるEMT/MET制御因子の役割を解析している。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of California, Irvine(米国)
• [Int'l Joint Research] テネシー大学(米国)
• [Journal Article] Integrated single-cell transcriptomics and chromatin accessibility analysis reveals novel regulators of mammary epithelial cell identity (2019)
  • Author(s): Pervolarakis Nicholas、Nguyen Quy H.、Gutierrez Guadalupe、Sun Peng、Jhutty Darisha、Zheng Grace XY、Nemec Corey M、Dai Xing、Watanabe Kazuhide、Kessenbrock Kai
  • Journal Title: BioRxiv Volume: np
  • DOI: 10.1101/740746
  • Open Access
• [Journal Article] OVOL2 induces mesenchymal-to-epithelial transition in fibroblasts and enhances reprogramming to epithelial lineages (2019)
  • Author(s): Watanabe Kazuhide、Liu Ye、Noguchi Shuhei、Murray Madeleine、Chang Jen-Chien、Kishima Mami、Nishimura Hajime、Hashimoto Kosuke、Minoda Aki、Suzuki Harukazu
  • Journal Title: BioRxiv Volume: NA
  • DOI: 10.1101/577692
• [Journal Article] Combinatorial perturbation analysis reveals divergent regulations of mesenchymal genes during epithelial-to-mesenchymal transition (2019)
  • Author(s): Watanabe Kazuhide、Panchy Nicholas、Noguchi Shuhei、Suzuki Harukazu、Hong Tian
  • Journal Title: BioRxiv Volume: NA
  • DOI: 10.1101/627372
• [Presentation] Integrated single-cell transcriptomics and chromatin accessibility analysis reveals novel regulators of mammary epithelial cell identity (2019)
  • Author(s): Kazuhide Watanabe
  • Organizer: Gordon Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] OVOL2 and tissue-specific reprogramming factors cooperatively induce epithelial phenotype in fibroblasts (2019)
  • Author(s): Kazuhide Watanabe
  • Organizer: Keystone Symposia