2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an integrated platform for analysis of epigenome and single-cell data
| Project Area | Integrated analysis and regulation of cellular diversity |
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| Project/Area Number |
17H06331
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中戸 隆一郎 東京大学, 定量生命科学研究所, 講師 (60583044)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 生命情報学 / 次世代シーケンサー / 1細胞解析 / 遺伝子ネットワーク / 解析パイプライン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 1細胞RNA-seq法のためにこれまでに開発された最新の既存手法のサーベイをまとめ、その中から選定した特に優れたツール群をインストールしたDockerイメージを1細胞解析パイプラインとして構築・公開した (https://hub.docker.com/r/rnakato/singlecell_jupyter)。このDockerイメージを用いることで、多くの研究者にとって最初の大きな障壁となるツールインストールのコストを大幅に削減できるだけでなく、最新ツール群のフィージビリティ・スタディ、すなわち研究者間でツールの適用結果を共有し議論するオンライン・コミュニティとしても機能することが期待できる。本イメージを基盤として、進歩がますます著しい1細胞RNA-seq分野の世界最先端について行くための環境を引き続き領域内において構築していく。
(2) 1細胞解析を入力とした遺伝子ネットワーク推定法、細胞間で相互排他的な発現を示す遺伝子ペア群の同定法、更に複数サンプル間でのネットワーク比較を用いた新規重要マーカ遺伝子候補群の同定手法を確立した。本手法はGitHub上で公開されており（https://github.com/Natsu01/EEISP）、本手法に関する論文を近日中に投稿予定である。
(3) 本領域における1細胞解析を更に推進すること、また上述した1細胞解析用Dockerイメージの解説と普及を目的に、「１細胞情報解析講習会」を開催した（2019年10月2日～4日於東京大学）。さらに、領域内における相互交流・異分野融合イベントである若手ワークショップを主催した（2020年2月12日～13日於熱海KKRホテル）。いずれも盛況であり、活発な議論が展開され、領域内の相互交流と異分野融合に貢献することができている。
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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
(1) Dockerを用いた仮想化環境はウェブブラウザ型のパイプラインに比べてバージョン管理や更新・機能拡張が容易であり、進歩の速度が極めて速い1細胞解析分野に適していると言える。また、特定のサーバに依存しないため、停電やネットトラブルといったアクシデントの影響を受けない。また、任意の計算機上で同一の解析環境を提供できるため、トラブルシューティングが容易である。これにより、領域内の需要に応じて柔軟にツールを追加・更新していくことが可能であり、またその予定である。なお、Google Cloud Platform(GCP)をはじめとする有償クラウドベースにおいても本イメージを利用することが可能である。
(2) １細胞情報解析講習会や第42回日本分子生物学会年会ワークショップ（代表者が主催）、実験医学増刊号への総説寄稿（https://www.yodosha.co.jp/yodobook/book/9784758103831/）などを通じ、領域内外で我々が構築した新規手法及びDockerイメージの宣伝・普及を効率的に行うことができている。1細胞解析技術を必要としている国内の研究者に広く利用してもらう基盤を整えるとともに、実データに適用した知見をフィードバックしてもらうことにより、より広く効率的な1細胞解析技術のサーベイやワークフローの構築に結び付けられると期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 構築した1細胞解析用Dockerイメージを積極的に活用し、共同研究ベースでの実サンプルを用いた1細胞解析による知見獲得を更にすすめ、論文化を検討する。従来より継続して共同研究を進めている秋山班（腫瘍幹細胞）に加え、中嶋班（ショウジョウバエ）、八尾班（腫瘍オルガノイド）、樋田班（腫瘍血管内皮）などの共同研究を進める予定である。コロナウイルスの影響により実験業務が4月時点で休止を余儀なくされており、サンプル取得までに当初想定していたよりも時間を要することが想像されるが、サンプル取得後にただちに解析を進めることができるように検討・議論を重ねる。
(2) 1細胞RNA-seqと1細胞ATAC-seqの統合解析が世界的に進んでいることから、1細胞ATAC-seqについても今後サーベイを進め、最新のツール群を本Dockerイメージに追加すると共に、統合解析のための正規化手法・統合法について妥当なワークフローを確立していく。
(3) これまで主に取り組んできた、細胞クラスタリングによる生体組織に存在する不均一性（細胞ダイバーシティ）の同定、遺伝子ネットワーク解析による遺伝子モジュール抽出に加え、分化細胞の軌道をとらえる疑似時系列解析を本格的に導入し、遺伝性疾患モデル細胞における細胞運命制御の破綻を直接観察可能な1細胞軌道解析技術を構築する。疑似時系列に沿ってソートされた細胞群を数理モデルで表現し、疾患に強く影響を受ける細胞ステージを同定し、多細胞解析へと展開する道筋をつける。
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| Remarks |
「ヒト血管内皮エピゲノムデータベース」は業績欄"Comprehensive epigenome characterization reveals diverse transcriptional regulation across human vascular endothelial cells"に関するものである。
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[Journal Article] Missense Mutations in NKAP Cause a Disorder of Transcriptional Regulation Characterized by Marfanoid Habitus and Cognitive Impairment2019
Author(s)
Fiordaliso SK, Iwata-Otsubo A, Ritter AL, Quesnel-Vallieres M, Fujiki K, Nishi E, Hancarova M, Miyake N, Morton JEV, Lee S, Hackmann K, Bando M, Masuda K, Nakato R, (他23名)
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Journal Title
The American Journal of Human Genetics
Volume: 105
Pages: 987-995
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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