2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a new tissue registration method for organ/organism-scale systems biology
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19J13071
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
真野 智之 東京大学, 大学院医学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 組織透明化 / データベース / 脳レジストレーション / クラウド / システム生物学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，組織透明化技術によって得られたマウス全脳イメージングデータをより精緻に解析するためのアルゴリズム・ソフトウェアの開発を進めている．特に，形状が微妙に異なる複数の脳を位置合わせ（レジストレーション）し，定量的なマウス個体間の脳の比較の実現を目指している．また，本ソフトウェアの実用性の証明として，マウスの各細胞種の全脳マップの作成や，ウイルストレーサーを用いた神経回路接続の解析，などの実験を行っている．
本研究で使用しているマウスの全脳レジストレーション手法は，多大な計算コストがかかり，解析のスループットが限定されていた．加えて，パラメータの調整などアルゴリズムの深い理解が必要であり，一般的な生物学研究者が利用するにはハードルが高いものであるということがわかった．この問題を解決するため，Amazon社が提供しているクラウド・コンピューティングを利用した，クラウドベースのレジストレーションソフトウェアを開発した（CUBIC-Cloud と命名）．ソフトウェアは80%ほど開発が終了し，2020年度の前半に公開できる見込みである．クラウドを利用することで，潤沢な計算資源を持たない研究者であっても，ハイスループットに解析が行うことができる．また，パラメータの調整なども自動で実行できるように設定した．加えて，本ソフトウェアは，クラウドの利点を活用した，データベースとしての機能も提供する．これにより，研究者はレジストレーション後のデータを世界に公開することができる．透明化によるマウスの全脳データを自動でレジストレーションし，データベースとして公開する仕組みはまだ世界で報告がなく，透明化研究の分野に新しいオープンデータサイエンスの枠組みを提案できると期待している．
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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
これまで，CUBIC-Cloudソフトウェアの開発に注力しており，およそ八割程度のプログラムが完成した．また，ソフトウェアの実証として用いるマウス全脳データの取得を行っている．第一に，PV/SST/ChAT/Th/Iba1などの細胞種マーカーの免疫染色を行った全脳データを取得し，解析を行っている．第二に，神経活動マーカーであるc-Fosの免疫染色を行うことで，全脳スケールでの神経活動の再構成に取り組んでいる．第三に，共同研究として，狂犬病ウイルスを用いた神経回路の全脳解析を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，CUBIC-Cloudの完成に向けた開発を引き続き続行し，2020年度中の公開を目標としている．公開後は，さらに多くのマウス全脳データの取得を進め，さらなるデータベースの拡張をはかる．具体的には，細胞種の全脳マップを，異なる週齢のマウスにも拡大し，発達に伴って脳の細胞がどのように変化していくのか，包括的な解析を行うとともに，そのデータセットをCUBIC-Cloudを通じて公開する．
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