2021 Fiscal Year Annual Research Report
１細胞遺伝子発現情報を用いた上皮形態形成における細胞動態の制御機構の解明
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20J23385
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
坂口 峻太 京都大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 上皮形態形成 / 1細胞RNA-seq / 空間的トランスクリプトーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに一細胞RNA-seqによってキイロショウジョウバエ（以下、ショウジョウバエ）原腸胚における細胞単位での遺伝子発現情報を取得していた。これに加え、新たにショウジョウバエ胚のイメージングによって細胞動態を定量し、遺伝子発現定量データと細胞動態定量データの統合解析を行うことで、細胞形態および細胞骨格系や細胞接着系の挙動を決定する遺伝子発現のパターンを明らかにすることが本研究の目的である。
昨年度に、一細胞RNA-seqデータからin situ hybridizationによって得られた少数の遺伝子（ランドマーク遺伝子）の空間発現パターンを基準に、遺伝子発現の空間パターンを再構成する手法を京都大学大学院生命科学研究科（現・広島大学大学院統合生命科学研究科）本田研究室との共同研究として既存のものより高性能な遺伝子発現の空間再構成手法Perlerの開発を行った。今年度はこれを論文発表した(Okochi et al, 2021, Nat Commun)。そして、Perlerをこれまで取得した一細胞RNA-seqデータに適用したところ、先行研究の一細胞RNA-seqデータに適用した場合と比較し、より正確な再構成結果が得られた。加えて、ランドマーク遺伝子の組み合わせの最適化を行うことによって、再構成結果をさらに正確なものにした。この再構成結果をショウジョウバエ原腸胚の遺伝子発現空間データベースとして、これまでの一細胞RNA-seqデータ解析結果と合わせたものについての論文を投稿中であり、データをショウジョウバエ原腸胚の一細胞トランスクリプトームアトラスとして公開する準備を進めている。このアトラスは発生生物学の研究において有用なリソースとなり、当該分野の発展を促進することが期待される。今後は、アトラスの公開作業と並行して、細胞動態定量データの統合解析を進めていく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2021年度は細胞動態を定量し十分なデータ量を確保し、また、そのデータと遺伝子発現の空間パターンの統合解析に着手する予定であった。今年度は、統合解析の一環として、遺伝子発現の空間パターンの作成が必要であったが、昨年度に開発した手法を適用・最適化することによって、これについて正確かつ高解像度のデータセットを確立することができた。これは今後の統合解析における基盤となる。一方、細胞動態を定量し、十分なデータ量を確保することについては未だ十分なデータ量が得られていない。一つの胚を各方向から定量する手法の確立ができないこと、一つの方向から定量できる細胞数に限りがあること、撮影できる胚の角度に偏りが生じることなどが原因である。この問題については他のグループが胚全体の細胞形態の定量データを公開しており(Stern et al., 2022, Curr. Biol)、これを利用することでデータを補完することが可能であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、これまでに確立したトランスクリプトームアトラスを基盤に、これと細胞動態情報との統合解析を行う。まず、細胞動態の定量情報の不足を補うため、細胞動態の情報として、既に公開されている定量データを用い、これと遺伝子発現情報との相関解析を試みる。この時、文献情報および胚の観察に基づく細胞動態の定性的情報（細胞の形態変化、ミオシンの集積など）をダミー変数として解析に取り入れることも計画している。この解析によって見出された相関関係から、遺伝子発現と細胞動態との因果関係を推定し、遺伝子発現が多様な細胞動態を制御するモデルを提案する予定である。また、これらと並行して当初の計画にあった細胞動態の定量も引き続き試み、十分な情報が得られた場合、これを解析に追加する。この定量には相関解析の結果もフィードバックし、定量対象および手法を選択・修正する予定である。なお、トランスクリプトームアトラスは2022年度中にWebサービスなどの利用しやすい形で公開することを目指し、この開発を進める。
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