2018 Fiscal Year Research-status Report
１細胞遺伝子発現・力学動態の統合アプローチによる１個体発生原理の構成的理解
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17KT0021
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
近藤 武史 京都大学, 生命科学研究科, 特定助教 (60565084)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥田 覚 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 共同研究員 (80707836)
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| Project Period (FY) |
2017-07-18 – 2020-03-31
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| Keywords | ショウジョウバエ / 形態形成 / １細胞RNA-seq / 応力推定 / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでにショウジョウバエ胚から単離した細胞とFluidigm社C1ハイスループットチップ、次世代シークエンサーを用いた1細胞RNA RNA-seq技術を開発していた。当該年度にはこの手法を用いて、既存のデータセットよりもさらに高精度なsingle cell RNA-seqデータの取得を進めた。その結果、合計1,237細胞分のデータが得られ、１細胞あたり平均143,658転写産物と4,417遺伝子の発現を検出することに成功した。これは既存のデータセットよりも広いダイナミックレンジを持ち、より詳細な細胞種の分類が可能になった。さらに各細胞の胚における空間位置の推定手法の確率を進めた。クラスタリング解析と既知の空間発現情報を用いることで、前後軸および背腹軸に沿った位置を割り当てることができた。さらに前後軸に沿った１細胞列単位の繰り返し空間配置パターンについても推定に成功した。そして各細胞集団ごとに特徴的な遺伝子群の抽出を行った。
また、ライブイメージングにより抽出した胚全体の画像データから１細胞レベルの三次元形態・応力場の変化を予測するため，その技術の核となるシミュレーション手法を構築した。また、構築したシミュレーション手法の有用性を評価するために、簡単化した胚発生における細胞の集団運動の現象に適用し、その力学機構の予測を行った（Biophys J, 2019）。その結果，構築したシミュレーション手法により、胚発生に見られる三次元的な多細胞組織の形態・応力場の変化を再現・予測が可能であることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
予定通りの１細胞遺伝子発現データを取得でき、胚の空間位置の推定にも成功した。また組織変形の予測のためのシミュレーション手法の構築と基盤技術の確立を進めた。しかしながら、画像データの取得が遅れているため、次年度すぐにとりかかり、細胞形態に関する定量データの取得をすすめる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発した三次元応力場の推定手法と予測手法の粗視化スケールは、三次元バーテックスモデルのレベルで統一されている。そのため，画像データから推定した応力場の情報を、予測に用いるシミュレーションの物理パラメータとして直接導入することができる。まずは胚全体を対象に１細胞単位の解像度での画像取得を進める。並行して取得した胚組織の画像データから、多細胞の三次元構造を抽出し、三次元バーテックスモデルの粗視化レベルの情報に変換する手法を開発する。そして、これらの開発した手法を、実際のショウジョウバエ胚の画像データに対して適用し、各細胞の応力状態の定量的な推定・予測を実現する。そして、空間情報を基準として１細胞遺伝子発現情報と細胞応力情報の統合データを構築し、多変量相関解析により両者の関係性を見出す。
さらに、形態形成に異常をきたす変異系統を対象に同様の解析を行うことにより、普遍的な関係性を絞りこむことを計画している。
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| Causes of Carryover |
イメージングによる画像データの取得方法の確立が遅れていることが主な要因であり、イメージング手法確立および実際の解析のための消耗品や試薬の購入に使用する。
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Research Products
(4 results)
