2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the mechanism of cell-fate transition by single-cell epigenome analysis
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17H03703
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
玉田 洋介 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助教 (50579290)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
榊原 恵子 立教大学, 理学部, 准教授 (90590000)
三浦 則明 北見工業大学, 工学部, 教授 (30209720)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 細胞の運命転換 / エピゲノム / シングルセル / トランスクリプトーム / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞の運命転換過程におけるエピゲノムの動態と、エピゲノムとトランスクリプトームがどのように相互作用して細胞の運命転換を駆動しているのかをシングルセルレベルで解明することが本研究の目的である。そのために、ヒメツリガネゴケの幹細胞化をモデルとして、単一細胞核4Dイメージング、次世代シーケンサーを用いたエピゲノム解析、シングルセルトランスクリプトーム解析を統合して解析する。また、そのための新規イメージング法を確立する。本年度の主な成果を以下に示す。
1, 幹細胞化過程におけるクロマチン修飾の4Dイメージング：昨年度までに作出したエピゲノム構成因子標識株と、確立した幹細胞化過程の4Dイメージング法を用いて、クロマチン修飾の4Dイメージングを行った。その結果、幹細胞化過程において、クロマチン修飾のパターンが大きく変動する時期を見出した。この瞬間が、分化した葉細胞から幹細胞へと運命が転換した瞬間であるという仮説を立てた。これまで行ってきたクロマチン修飾のエピゲノム解析の結果を再解析したところ、この仮説を支持する結果が得られた。以上に加えて、新しいエピゲノム構成因子標識株の作出と4Dイメージングが進行中である。
2, 植物細胞のシングルセルトランスクリプトーム解析（連携研究者 久保 稔博士を中心とした共同研究）：細胞壁によって固定されている植物細胞に対して、細胞抽出液を吸引してシングルセルトランスクリプトーム解析を行う手法を確立し、分化葉細胞と幹細胞化過程の細胞に対してシングルセルトランスクリプトーム解析を行った結果について論文を発表した。
3, 生きた植物細胞の新規イメージング法の確立：生きた植物細胞の高解像度・高コントラストイメージングについて光学・光工学研究者と共同研究を行い、その一部について論文を発表した。
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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
本年度行う予定であった実験のうち、単一細胞核の4Dイメージングとシングルセルトランスクリプトーム解析については順調に進んでおり、後者については論文を発表することができた。しかし、エピゲノム構成因子蛍光タンパク質標識株を用いたChIP-seq解析については本年度内に終了することができなかった。その一方で、植物生細胞イメージングについては、光学・光工学研究者との共同研究のもと複数の論文発表など成果が得られ、当初の予定以上に研究が展開している。以上の点をまとめて、「おおむね順調に進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
1, 抑制型クロマチン修飾H3K27me3や活性化型クロマチンH3K4me3などエピゲノムの構成因子を蛍光タンパク質により標識した株と、蛍光タンパク質を特異的に認識する抗体、および蛍光タンパク質によって標識されたエピゲノム構成因子それ自体を特異的に認識する抗体を用いたChIP-seq解析を行う。それにより、エピゲノム構成因子標識株が本当に該当するエピゲノム構成因子を認識しているのかを解明できるとともに、幹細胞化過程におけるエピゲノム構成因子結合タンパク質の局在をゲノムワイドに同定できる。このChIP-seqの結果と、これまでに得られたシングルセルトランスクリプトーム解析、単一細胞核4Dイメージングの結果を合わせ、細胞の運命転換を駆動する遺伝子制御ネットワークとエピゲノムとの相互作用を解明する。
2, これまでに幹細胞化などの細胞の運命転換に機能することを明らかにしてきた遺伝子の発現を4Dイメージングで解明し、エピゲノム変動のタイミングと比較する。また、これらの遺伝子の欠失株で細胞の運命転換過程のエピゲノム変動がどのような影響を受けるか明らかにする。以上の実験によって、幹細胞化を制御する遺伝子とエピゲノム変動との相互作用を解明する。
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| Remarks |
アウトリーチ活動など
1, 研究会オーガナイザー、「乱れ」にはじまるイメージング、2019年1月23日、宇都宮大学陽東キャンパス (https://sites.google.com/site/photodynsinglepx/)
2, コニカミノルタ光みらい奨励金 審査委員、2018
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[Journal Article] Single-cell transcriptome analysis of Physcomitrella leaf cells during reprogramming using microcapillary manipulation2019
Author(s)
Minoru Kubo, Tomoaki Nishiyama, Yosuke Tamada, Ryosuke Sano, Masaki Ishikawa, Takashi Murata, Akihiro Imai, Daniel Lang, Taku Demura, Ralf Reski, Mitsuyasu Hasebe
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Journal Title
Nucleic Acid Research
Volume: in press
Pages: gkz181
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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