2021 Fiscal Year Annual Research Report
非侵襲的ゲノム・エピゲノム解析による細胞の状態遷移の解明
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19H03217
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
渡辺 亮 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (60506765)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ゲノム科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、細胞から漏洩する核酸を解析することで、細胞を破壊することなく、培養細胞のゲノムやエピゲノム状態を経時的にモニタリングできる技術を提供する。さらに、この技術によって一部の細胞がもつ異常を捉えるモザイシズムを検出する。そして、がん化や細胞分化などの細胞状態が遷移する過程を可視化することを実現する。基本技術については既に概念検証に成功しており、さらに基盤及び応用研究を推進することで、経時的なゲノムやエピゲノムのモニタリングが可能な次世代のゲノム・エピゲノムインテグリティ解析としてのスタンダードを確立する。
今年度は、既に取得された実験データを用いて、DNAコピー数変化領域を自律的に検出するアルゴリズムの探索を行った。数学的処理の異なる複数のアルゴリズムを比較した結果、シークエンスリード量に基づいたDNAコピー数の可視化を可能にしてきたが、DNAコピー数変化が生じる領域を自動的に検出することができなかった。そこで、DNAコピー数を客観的に定量するためのアルゴリズムの探索を行った。複数のアルゴリズムを検討した結果、細胞株毎にDNAコピー数の閾値を変える必要があることが明らかとなった。例えば、最適なbinサイズや移動平均距離はサンプル毎に異なっており、同じ解析条件でＤＮＡコピー数変化を評価することができなかった。特にコントロールにする細胞について、ゲノムの全領域でシークエンスリードが均一に読まれていない場合、定量性に乏しい結果となることが示された。
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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
当該年度は複数のアルゴリズムを検討し、その問題点を洗い出すことを課題としていた。その結果、検証したどのアルゴリズムにおいても、シークエンスリード量やデータクオリティの違いによって、閾値を変える必要があることが明らかとなり、最終年度に向けた課題が明らかになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、細胞株やデータクオリティの違いがあっても、客観的な基準でＤＮＡコピー数異常を検出するアルゴリズムの探索を行う。具体的には、ＤＮＡコピー数に比例するシークエンシングリードの変化があるエッジ領域を検出することで、コピー数の変動を検出する方法でコピー数変化を捉えられるか検証する。サンプル毎に異なる可能性のあるシークエンスリード量の違いが結果に与える影響を最小にするために、基準となるデータを参照する方法を実装する。現時点では目視によるコピー数変化の検出を行っているが、基準値を設けることで自律的にＤＮＡコピー数判定を行う計算方法を確立する。さらに、ＤＮＡコピー数異常が見られるゲノム領域にコードされる遺伝子を抽出するプログラムを実装する。このワークフローを用いて、ゲノムＤＮＡ及び細胞から放出されたＤＮＡのコピー数を判定し、両者の比較を行うことで、細胞を破壊せずにＤＮＡコピー数変化を捉えることができるか評価する。最後に、樹立方法などが異なる複数のヒトiPS細胞について、継代を繰り返して変化するＤＮＡコピー数を非侵襲的な方法で捉えることを試みる。
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[Journal Article] Induction of inverted morphology in brain organoids by vertical-mixing bioreactors. Suong DNA, Imamura K, Inoue I, Kabai R, Sakamoto S, Okumura T, Kato Y, Kondo T, Yada Y, Klein WL, Watanabe A, Inoue H.2021
Author(s)
Suong DNA, Imamura K, Inoue I, Kabai R, Sakamoto S, Okumura T, Kato Y, Kondo T, Yada Y, Klein WL, Watanabe A, Inoue H.
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Journal Title
Communications Biology
Volume: 4
Pages: 1213
DOI
Peer Reviewed / Open Access
