2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Informatics technologies for identification and analysis of singularity cells
| Project Area | Singularity biology |
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| Project/Area Number |
18H05412
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
大浪 修一 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (50348843)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | バイオイメージ・インフォマティクス / データプラットフォーム / 深層学習 / ビッグデータ / データ統合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.シンギュラリティ細胞を同定するインフォマティクス技術の開発
「1-1. オブジェクト認識依存型のシンギュラリティ細胞同定法の開発」として、前年度に引き続きA03-2堀川班の粘菌、およびA03-4岡崎班のT細胞の遊走の２次元タイムラプス蛍光顕微鏡画像に対して、細胞の移動を自動計測するソフトウェアを開発した。これらの計測データを用いてT細胞とB細胞の相互作用と遊走様式、およびそれに対するLAG-3発現の影響に関するデータ解析を行なった。。また、堀川班の粘菌の遊走解析で使用してきた（株）ニコン製の画像解析ソフトウェアについて、当該ソフトウェアを用いた解析結果をオープンフォーマットBDML形式で出力するソフトウェアプラグインをニコンと協力して開発した。当該プラグインは、（株）ニコン製の画像ソフトウェアの最新バージョンに標準装備された。「1-2. オブジェクト認識非依存型のシンギュラリティ細胞同定法の開発」として、前年度に引き続き、老化に伴う卵母細胞の細胞質の外観の変化を検出する画像認識手法の開発を行なった。老化に伴う卵母細胞の外観の特徴を検出する画像特徴としてMm ValueとGLCM-CORを見出し、各々の特徴が細胞質のどのような特徴を認識しているのかを解析した。その結果、老化に伴い、卵母細胞の細胞質顆粒の大きさが増加していることを見出した。
2.シンギュラリティ生物学のためのデータプラットフォームの開発
「2-1. データ保管プラットフォームの開発」として、前年度開発した1.0ペタバイトのネットワークストレージシステムを運用した。「2-2. データ活用プラットフォームの開発」として、シンギュラリティ生物学用データポータルのシステムを開発した。更に、前年度に開発したオープンデータフォーマットBD5をGalaxy等のワークフローで活用するためのライブラリを開発し、公開した。
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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
当初の計画通り、「1.シンギュラリティ細胞を同定するインフォマティクス技術の開発」に関しては、A03生物班が対象とする複数の細胞種に対する自動認識ソフトウェアの開発が順調に進んでおり、プロトタイプ版を活用したデータ計測が始まっている。また、これらのソフトウェアを用いて計測したデータを用いた解析に関しても共同研究が進んでおり、A03生物班の具体的な研究課題に関する解析研究が順調に進んでいる。また、大浪班が独自に行っている、線虫胚を対象にした研究も進展している。
「2.シンギュラリティ生物学のためのデータプラットフォームの開発」に関しても、当初の計画のとおり、領域全体で研究データを共有し利活用するデータプラットフォームの初期版の構築は完了しており、計画班とAMATERASプロトタイプ機利用者を中心に実際の活用が始まっている。また、画像認識により定量化した生命動態データを高速かつ効率的に取り扱うデータフォーマットBD5を開発し、更に、クラウド環境における次世代の生命科学イメージングデータの解析に使用する、次世代ファイルフォーマットの確立に向けて国際的な会議に参加し議論を進めている。
これらの理由から、当研究課題はおおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り研究開発を進める。2021年度については下記を進める。
１．シンギュラリティ細胞を同定するインフォマティクス技術の開発： 「1-1.オブジェクト認識依存型のシンギュラリティ細胞同定法の開発」としては、引き続きA03-2堀川班の粘菌、およびA03-4岡崎班のT細胞の遊走の２次元タイムラプス顕微鏡画像に対する自動計測ソフトウェアの開発を継続する。更に、これらの計測データを用いた粘菌/T細胞のシンギュラリティ現象の解明を、各班と協力して進める。また、公募班の高里班について、細胞自動認識ソフトウェアの開発を開始する。公募班の蛭田班とプローブ開発の共同研究を実施する。「1-2.オブジェクト認識非依存型のシンギュラリティ細胞同定法の開発」としては、引き続き、AMATERASプロトタイプ機で取得したA03-2堀川班の粘菌遊走の2次元タイムラプス顕微鏡画像を対象に手法の開発を継続する。また、公募班も含めたその他の班の研究対象について、オブジェクト認識被依存型手法の適用可能性について検討する。
２.シンギュラリティ生物学のためのデータプラットフォームの開発： 「2-1.データ保管プラットフォームの開発」としては、引き続き、内外の多様な公開データを統合的に管理するシステムを開発し整備する。「2-2.データ活用プラットフォームの開発」としては、引き続きSSBDデータベースで得られた定量データの表現・可視化技術を用いて、ROIデータ、細胞特徴量データ、1細胞網羅的遺伝子発現解析データなどを迅速かつ容易に可視化、解析可能なシステムを開発する。
３．シンギュラリティ現象を解析するインフォマティクス技術の開発： 引き続き取得したデータより個々の現象の発現に関する因果関係ネットワークを推定し、推定結果を用いて目的のシンギュラリティ現象を解明する。
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[Journal Article] A global view of standards for open image data formats and repositories2021
Author(s)
Swedlow Jason R.、Kankaanpaa Pasi、Sarkans Ugis、Goscinski Wojtek、Galloway Graham、Malacrida Leonel、Sullivan Ryan P.、Hartel Steffen、Brown Claire M.、Wood Christopher、Keppler Antje、Paina Federica、Loos Ben、Zullino Sara、Longo Dario Livio、Aime Silvio、Onami Shuichi
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Journal Title
Nature Methods
Volume: 18
Pages: 1440～1446
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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