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2019 Fiscal Year Annual Research Report

擬似的な一細胞ダイナミクスの再構成による時空間的な遺伝子発現制御機構の解明

Publicly Offered Research

Project AreaIntegrative understanding of biological signaling networks based on mathematical science
Project/Area Number 19H04970
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

前原 一満  九州大学, 生体防御医学研究所, 助教 (90726431)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Keywords一細胞 / ダイナミクス / ホッジ分解 / 非線形次元削減
Outline of Annual Research Achievements

細胞分化における選択的な遺伝情報獲得のメカニズムに関与する膨大な数の転写・転写制御因子、そして、それらが結合するゲノム上の制御配列の組み合わせが同定されてきた。これら多種多様な分子の組み合わせは、大自由度の系でありながらも、そのダイナミクスは必要な応答の種類に限られる少数のモードによって表現可能であると考えられる。そこで、本研究ではまず、一細胞トランスクリプトーム解析により得られたデータから時間情報を推定し、並び替えた一細胞プロファイルを用い、系の時間発展を表す作用素の推定を試みる。推定した作用素から主要なモードを抽出することで、分化や組織損傷等の環境変化に対するエピゲノム・トランスクリプトームの応答の低コストなシミュレーションを可能にする技術基盤の開発を目指す。本年度は、組織損傷等の環境変化に対するエピゲノム・トランスクリプトームを解析するため、一細胞・少数細胞エピゲノム計測技術(ChIL)を応用し、骨格筋損傷をモデルとした組織レベルのエピゲノム解析法の開発を進めてきた。また、ホッジ分解を応用したシングルセル・プロファイル追跡法については、実装を効率化することで、数千から数万細胞レベルのスケールで解析が可能となった。さらに、擬似的な時間情報を補った単一細胞データから遺伝子発現のダイナミクスを抽出していくために、疎で離散的な単一細胞発現データから、解析・解釈の容易な連続潜在変数(内部状態)を推定する手法を開発した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、データ取得とダイナミクス解析手法の開発を並行して進めることができており、進捗はおおむね順調である。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、独自技術であるChIL法を応用した組織レベルのエピゲノム情報のダイナミクスの解析について、論文発表を目指す。また、骨格筋分化をモデルとし、ダイナミクスを構成する少数のモードを抽出することで、クロマチン構成因子と遺伝子発現変化の対応をはかる。最終的に、時系列データを記述可能な少数のモードを決定することで、組織損傷等の環境変化に対するエピゲノム・トランスクリプトームの応答の低コストなシミュレーションを可能にする技術の開発につなげる。

  • Research Products

    (10 results)

All 2019

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Chromatin-bound CRM1 recruits SET-Nup214 and NPM1c onto HOX clusters causing aberrant HOX expression in leukemia cells.2019

    • Author(s)
      Oka M, Mura S, Otani M, Miyamoto Y, Nogami J, Maehara K, Harada A, Tachibana T, Yoneda Y, Ohkawa Y.
    • Journal Title

      Elife

      Volume: 8 Pages: pii: e46667

    • DOI

      doi: 10.7554/eLife.46667.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Sustained expression of HeyL is critical for the proliferation of muscle stem cells in overloaded muscle.2019

    • Author(s)
      Fukuda S, Kaneshige A, Kaji T, Noguchi YT, Takemoto Y, Zhang L, Tsujikawa K, Kokubo H, Uezumi A, Maehara K, Harada A, Ohkawa Y, Fukada SI.
    • Journal Title

      Elife

      Volume: 8 Pages: pii: e48284

    • DOI

      doi: 10.7554/eLife.48284.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The Eleanor ncRNAs activate the topological domain of the ESR1 locus to balance against apoptosis.2019

    • Author(s)
      Abdalla MOA, Yamamoto T, Maehara K, Nogami J, Ohkawa Y, Miura H, Poonperm R, Hiratani I, Nakayama H, Nakao M, Saitoh N.
    • Journal Title

      Nat Commun.

      Volume: 10 Pages: 3778

    • DOI

      doi: 10.1038/s41467-019-11378-4.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Biochemical analysis of nucleosome targeting by Tn5 transposase.2019

    • Author(s)
      Sato S, Arimura Y, Kujirai T, Harada A, Maehara K, Nogami J, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
    • Journal Title

      Open Biol.

      Volume: 9 Pages: 190116

    • DOI

      doi: 10.1098/rsob.190116

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dmrt factors determine the positional information of cerebral cortical progenitors via differential suppression of homeobox genes.2019

    • Author(s)
      Konno D, Kishida C, Maehara K, Ohkawa Y, Kiyonari H, Okada S, Matsuzaki F.
    • Journal Title

      Development

      Volume: 146 Pages: pii: dev174243

    • DOI

      doi: 10.1242/dev.174243.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Calcineurin Broadly Regulates the Initiation of Skeletal Muscle-Specific Gene Expression by Binding Target Promoters and Facilitating the Interaction of the SWI/SNF Chromatin Remodeling Enzyme.2019

    • Author(s)
      Witwicka H, Nogami J, Syed SA, Maehara K, Padilla-Benavides T, Ohkawa Y, Imbalzano AN.
    • Journal Title

      Mol Cell Biol.

      Volume: 39 Pages: pii: e00063-1

    • DOI

      doi: 10.1128/MCB.00063-19.

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Towards extracting chromatin dynamics from single-cell measurements.2019

    • Author(s)
      Kazumitsu Maehara, Yasuyuki Ohkawa
    • Organizer
      第47回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] Modeling latent flows in single cell data.2019

    • Author(s)
      Kazumitsu Maehara
    • Organizer
      EMBO Symposia:Multi-Omics
  • [Presentation] 一細胞データから細胞分化の流れをモデル化する試み2019

    • Author(s)
      前原一満
    • Organizer
      新学術領域研究「数理シグナル」若手ワークショップ
  • [Presentation] クロマチン挿入標識(ChIL)法による空間エピゲノム解析2019

    • Author(s)
      前原一満
    • Organizer
      第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会

URL: 

Published: 2021-01-27  

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