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2021 Fiscal Year Research-status Report

Establishing a comparative method for time-course single-cell data to elucidate cell kinetics

Research Project

Project/Area Number 21K12109
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

加藤 有己  大阪大学, 医学系研究科, 助教 (10511280)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsシングルセルゲノミクス / 細胞動態予測
Outline of Annual Research Achievements

近年、1細胞RNA sequencing (scRNA-seq) と呼ばれる実験手法が確立され、組織や器官を形作る様々な細胞の種類や個数を、遺伝子発現情報をもとに定量できるようになった。ある時刻で組織から取得した細胞集団は、未分化のものから分化したものまで、様々な経過時間の細胞が含まれると考えられる。そこで、scRNA-seqによる各細胞の発現データをコンピューターで解析することで、細胞状態の疑似的な時間軸に関する遷移過程 (細胞状態遷移経路) を捉えることができる。特に、実験条件の異なる2つのscRNA-seqデータから導出される細胞状態経路を比較することで、条件の違いによって変化する制御遺伝子を同定できると期待される。本研究では、2つの細胞状態遷移経路を、分岐などの形状情報を考慮し高精度で比較する手法を確立する。これにより、例えば疾患モデルとコントロールの二者の細胞状態経路を比較し、発現ダイナミクスの異なる因子を抽出することで、疾患病態の解明に迫ることができる。
今年度は、それぞれのscRNA-seqデータセットで細胞状態遷移経路を求めた後、木のアラインメントに基づくことで両者の整合性を取る手法CAPITALを開発した。また、CAPITALをいくつかの造血系の細胞集団データに適用したところ、おおむね細胞型の一致が自動計算されることを確認した。以上の結果を論文にまとめ、国際学術誌に投稿し、年度末現在改訂中である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

開発アルゴリズムのプロトタイプがある程度の性能を発揮していたため、実データへの応用が当初の計画より円滑に進んだ。そのため、国際学術誌への投稿および主要改訂という段階まで進めることが可能となった。

Strategy for Future Research Activity

査読者からのコメントに対応するための追加計算機実験を実施する。論文に目途が立てば、アラインメント前に必要な細胞状態遷移経路そのものを求めるための新規アルゴリズム開発を目指す。

Causes of Carryover

新型コロナ感染症蔓延の影響により、旅費の使用額がなくなり、次年度使用額が生じた。
翌年度の使用計画は以下の通りである。物品費として、PC、周辺機器、関連図書を計上し、研究調査、打ち合わせ、成果発表のための旅費、その他として、スパコン使用料、学会参加費および論文掲載費を計上する。

  • Research Products

    (6 results)

All 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] RNA editing at a limited number of sites is sufficient to prevent MDA5 activation in the mouse brain2021

    • Author(s)
      Jung In Kim, Taisuke Nakahama, Ryuichiro Yamasaki, Pedro Henrique Costa Cruz, Tuangtong Vongpipatana, Maal Inoue, Nao Kanou, Yanfang Xing, Hiroyuki Todo, Toshiharu Shibuya, Yuki Kato and Yukio Kawahara
    • Journal Title

      PLoS Genetics

      Volume: 17 Pages: -

    • DOI

      10.1371/journal.pgen.1009516

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mutations in the adenosine deaminase ADAR1 that prevent endogenous Z-RNA editing induce Aicardi-Goutieres syndrome-like encephalopathy2021

    • Author(s)
      Taisuke Nakahama, Yuki Kato, Toshiharu Shibuya, Maal Inoue, Jung In Kim, Tuangtong Vongpipatana, Hiroyuki Todo, Yanfang Xing and Yukio Kawahara
    • Journal Title

      Immunity

      Volume: 54 Pages: 1976-1988

    • DOI

      10.1016/j.immuni.2021.08.022

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] DDAH1 as a novel regulator of oligodendrocyte differentiation in the central nervous system remyelination2021

    • Author(s)
      Akiko Uyeda, Quan Lili, Yuki Kato, Nagaaki Muramatsu, Shogo Tanabe, Kazuhisa Sakai, Noritaka Ichinohe, Yukio Kawahara, Tatsunori Suzuki and Rieko Muramatsu
    • Journal Title

      GLIA

      Volume: 69 Pages: 2591-2604

    • DOI

      10.1002/glia.24060

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An Aicardi-Goutieres syndrome-causative point mutation in Adar1 gene invokes multi-organ inflammation and late-onset encephalopathy in mice2021

    • Author(s)
      Maal Inoue, Taisuke Nakahama, Ryuichiro Yamasaki, Toshiharu Shibuya, Jung In Kim, Hiroyuki Todo, Yanfang Xing, Yuki Kato, Eiichi Morii and Yukio Kawahara
    • Journal Title

      The Journal of Immunology

      Volume: 207 Pages: 3016-3027

    • DOI

      10.4049/jimmunol.2100526

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Deep learning-based prediction of potential RNA G-quadruplexes with D-Quartet2021

    • Author(s)
      Yuki Kato, Kengo Sato, Jakob Hull Havgaard and Yukio Kawahara
    • Organizer
      29th Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology and the 20th European Conference on Computational Biology (ISMB/ECCB2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Prediction of RNA secondary structure including pseudoknots for long sequences2021

    • Author(s)
      Kengo Sato and Yuki Kato
    • Organizer
      第68回情報処理学会バイオ情報学研究会

URL: 

Published: 2022-12-28  

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