単一細胞multi-omicsによるシンギュラリティー細胞同定技術の開発

• Project Area: Singularity biology
• Project/Area Number: 19H05425
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 原田 哲仁 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (60596823)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: RNA-seq / 単一細胞解析 / シンギュラリティ / ChIL-seq / シンギュラリティー

Outline of Research at the Start

組織中で希少細胞として存在すると考えられるシンギュラリティー細胞を同定し、計測するうえで重要なのは、特定の細胞が次にどのような運命をたどるのかを単一細胞レベルで「予測」することである。そこで、我々が最近開発した単一細胞レベルのエピゲノム解析手法であるChIL-seqとmRNA-seqを同一細胞内で行うscChILA-seq (single cell ChIL+RNA-seq)の開発を行い、骨格筋幹細胞中に存在するシンギュラリティー細胞の同定を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

組織中で希少細胞として存在すると考えられるシンギュラリティ細胞を同定し、計測するうえで重要なのは、特定の細胞が次にどのような運命をたどるのかを単一細胞レベルで「予測」することである。将来の転写の遺伝子発現の予測は、転写活性化あるいは抑制を誘導するヒストン修飾や転写因子、さらに転写状態を反映する活性化RNAポリメラーゼの結合状態をクロマチン免疫沈降法(ChIP)によりゲノムワイドに評価する(ChIP-seq)ことで理論的には十分可能であることが示されている。そこで、我々が最近開発した単一細胞レベルのエピゲノム解析手法であるChILseqとmRNA-seqを同一細胞内で行うscChILA-seq (single cell ChIL+RNAseq)の開発を行い、骨格筋幹細胞中に存在するシンギュラリティ細胞の同定を目指す。これまでに1000細胞で活性型ヒストン修飾マーカーであるH3K4me3に対するChILA-seqを行い、骨格筋芽細胞C2C12の未分化細胞と分化細胞(分化誘導後72時間)のデータ取得に成功している。今年度は、さらに１細胞解析へ向けたプロトコル開発を進めた。scRNA-seqは技術的に確立されたプロトコルが多数存在しており、特別な技術開発を必要としないことから、ChIL-seqの１細胞解析技術（scChIL-seq）の開発を進め、scRNA-seqとの融合を図った。細胞内でscRNA-seqとscChIL-seqを同時にライブラリー化するために、反応を行う順番などの検討を行い、パイロット版を開発し学会等で発表した。今後、論文化を進めていく予定である。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Genome-wide analysis of chromatin structure changes upon MyoD binding in proliferative myoblasts during the cell cycle (2021)
  • Author(s): Wu Qianmei、Fujii Takeru、Harada Akihito、Tomimatsu Kosuke、Miyawaki-Kuwakado Atsuko、Fujita Masatoshi、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: - Issue: 6 Pages: 653-661
  • DOI: 10.1093/jb/mvab001
  • NAID: 40022687719
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Subnuclear gene positioning through lamina association affects copper tolerance (2020)
  • Author(s): Sakamoto Yuki、Sato Mayuko、Sato Yoshikatsu、Harada Akihito、Suzuki Takamasa、Goto Chieko、Tamura Kentaro、Toyooka Kiminori、Kimura Hiroshi、Ohkawa Yasuyuki、Hara-Nishimura Ikuko、Takagi Shingo、Matsunaga Sachihiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 5914-5914
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19621-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide kinetic properties of transcriptional bursting in mouse embryonic stem cells (2020)
  • Author(s): Ochiai Hiroshi、Hayashi Tetsutaro、Umeda Mana、Yoshimura Mika、Harada Akihito、Shimizu Yukiko、Nakano Kenta、Saitoh Noriko、Liu Zhe、Yamamoto Takashi、Okamura Tadashi、Ohkawa Yasuyuki、Kimura Hiroshi、Nikaido Itoshi
  • Journal Title: Science Advances Volume: 6 Issue: 25
  • DOI: 10.1126/sciadv.aaz6699
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chromatin integration labeling for mapping DNA-binding proteins and modifications with low input. (2020)
  • Author(s): Tetsuya Handa, Akihito Harada, Kazumitsu Maehara, Shoko Sato, Masaru Nakao, Naoki Goto, Hitoshi Kurumizaka, Yasuyuki Ohkawa, Hiroshi Kimura.
  • Journal Title: Nat Protoc. Volume: 15 Issue: 10 Pages: 3334-3360
  • DOI: 10.1038/s41596-020-0375-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chromatin-bound CRM1 recruits SET-Nup214 and NPM1c onto HOX clusters causing aberrant HOX expression in leukemia cells. (2019)
  • Author(s): Oka M, Mura S, Otani M, Miyamoto Y, Nogami J, Maehara K, Harada A, Tachibana T, Yoneda Y, Ohkawa Y
  • Journal Title: Elife Volume: 8
  • DOI: 10.7554/elife.46667
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sustained expression of HeyL is critical for the proliferation of muscle stem cells in overloaded muscle. (2019)
  • Author(s): Fukuda S, Kaneshige A, Kaji T, Noguchi YT, Takemoto Y, Zhang L, Tsujikawa K, Kokubo H, Uezumi A, Maehara K, Harada A, Ohkawa Y, Fukada SI.
  • Journal Title: eLife Volume: 8
  • DOI: 10.7554/elife.48284
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biochemical analysis of nucleosome targeting by Tn5 transposase (2019)
  • Author(s): Sato S, Arimura Y, Kujirai T, Harada A, Maehara K, Nogami J, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Open Biol. Volume: 9 Issue: 8 Pages: 190116-190116
  • DOI: 10.1098/rsob.190116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ChIL法による単一細胞エピゲノムプロファイリング. (2020)
  • Author(s): 原田 哲仁, 前原 一満, 半田 哲也, 木村 宏 , 大川恭行
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会
• [Presentation] 組織切片を用いたエピゲノム解析 (2020)
  • Author(s): 原田 哲仁, 前原 一満, 田中 かおり, 半田 哲也, 木村 宏, 大川 恭行
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
• [Presentation] ヒストンH3バリアントの選択的取り込みによる組織特異的な遺伝子発現制御 (2019)
  • Author(s): 原田 哲仁, 小松 哲郎, 前原 一満, 近藤 友佳理, 田中 かおり, 桑門 温子, 佐藤 優子, 木村 宏, 林 克彦, 小野 悠介, 竹本 龍也, 胡桃坂 仁志, 大川 恭行
  • Organizer: 第47回日本分子生物学会年会
• [Book] 1細胞エピゲノム解析技術開発の最前線 (2021)
  • Author(s): 大川 恭行,原田 哲仁,前原 一満
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社 週刊医学のあゆみ
• [Book] 骨格筋研究のための最先端解析技術. (2020)
  • Author(s): 原田 哲仁，大川 恭行
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 羊土社 実験医学
• [Book] シングルセルでのエピゲノム情報の計測技術. (2020)
  • Author(s): 原田 哲仁，大川 恭行
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 羊土社 実験医学
• [Book] 実験医学 (2019)
  • Author(s): クロマチン挿入標識法（ChIL）による単一細胞エピゲノム解析
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 羊土社
• [Patent(Industrial Property Rights)] 対象核酸の塩基配列を１細胞レベルで並列に検出する方法 (2020)
  • Inventor(s): 大川 恭行、原田哲仁
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人九州大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2020