2023 Fiscal Year Annual Research Report

シングルセル解析による体節形成の多様性を統合する分子基盤の解明

Research Project

Project/Area Number	20K06676
Research Institution	Osaka Medical and Pharmaceutical University
Principal Investigator	小田康子 (秋山康子) 大阪医科薬科大学, 医学部, 非常勤講師 (80426650)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小田広樹株式会社生命誌研究館, その他部局等, 主任研究員 (50396222)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	オオヒメグモ / ゲノム / トランスクリプトーム / シングルセル
Outline of Annual Research Achievements	本研究ではオオヒメグモ胚の実験系に単一細胞RNA-seq法を取り入れ、体節形成のもととなる縞パターンの形成時の遺伝子発現を細胞レベルで理解することを目指し、解析を進めた。まず、これまでに最も情報の蓄積している胚盤期の胚を用いて実験系を立ち上げ、単一細胞RNA-seqが細胞分化の際に一過的に現れる細胞状態をも捉えるほど高感度であると同時に、細胞分化だけではなく細胞シートに形成される遺伝子発現パターンを再現する情報を提供し得ることを示した。さらに実験方法の検討を重ねた結果、細胞よりも核を実験に用いた方が遺伝子発現を高感度に検出できることが明らかとなったため、単一核RNA-seq法を主として用いることとした。縞パターンが形成される胚帯期の胚を用いて単一核RNA-seqライブラリーを作製し、Seuratを用いたクラスタリング解析を行ったところ、UMAP上に縞パターンを含む前後軸に沿ったパターンが再構築されることが分かった。この再構築されたパターンを利用して軸に沿った遺伝子発現を数値として取得する方法を開発した。この方法によりゲノム上の全遺伝子に対して発現の数値情報を取得し、この数値を用いて、前後軸上で領域特異的に発現する遺伝子や繰り返しパターンをもって発現する遺伝子を抽出した。さらに、この中から、縞パターン形成領域における個々の細胞での発現に、正および負の相関の強い遺伝子グループを同定することができた。この実験方法は一定時間ごとにサンプリングした胚や遺伝子発現をノックダウンした胚にも適用することができ、パターン形成過程や分子機構を数値として解析することが可能となる。