Inferring epigenomic changes during cell differentiation at single cell resolution
| Project/Area Number |
22K06330
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 45010:Genetics-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小柳 香奈子 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (20362840)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 細胞分化 / 細胞系譜 / エピジェネティクス / シングルセル / 系統解析 / 祖先推定 / 遺伝子発現制御 / 多細胞動物 |
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| Outline of Research at the Start |
生命の設計図といわれるゲノムは、どのようにして多様な細胞を作り出しているのか。ゲノムの作動原理を理解することは、生物学の目標の一つである。この細胞分化過程の理解には、ゲノムの発現状態やエピジェネティック修飾（エピゲノム）の変遷過程の理解が不可欠である。しかしながら変遷過程の全種類の細胞を網羅的に実験的に取得することは困難な場合が多い。そこで本研究では、得ることが比較的容易な成体の分化した体細胞のエピゲノム情報に系統解析を応用することで、問題の解決を目指す。特に近年データが蓄積している単一細胞由来のエピゲノム情報を用いることで、単一細胞の解像度で細胞分化過程におけるエピゲノム変遷過程を推定する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は昨年度実施したクロマチンアクセシビリティ情報に基づくマウス血球系細胞の系統解析結果に関して論文を発表した。これまでに行ってきた細胞集団由来のデータを用いたエピジェネティック修飾の解析から、エピジェネティック修飾の違い（DNAメチル化、ヒストン修飾、クロマチンアクセシビリティ情報）がもつ樹らしさ(treelikeness)の特徴に違いがあることもわかってきた。例えば、エピジェネティック修飾の中ではDNAメチル化やヒストン修飾のH3K4me3などがtreelikenessの指標となる低いδ値を持つことがわかった。またゲノム領域によってもtreelikenessは異なり、例えばpromoter領域のDNAメチル化はその他の領域と比べて低いδ値を持つことがわかった。したがってこれらの領域におけるエピジェネティック修飾を用いることが有効だと思われた。
そこで、単一細胞由来のデータに関して、マウス血球細胞のヒストン修飾（H3K4me3とH3K27me3）のデータ（細胞数はそれぞれ10952、7934個）を用いて系統解析を行った。その結果、GranulocyteやErythrocyteはおおむね単系統群を形成したが、lymphoid系の細胞やDendritic cellは多系統となった。単一細胞解析によりheterogeneityが示された可能性もあるが、単一細胞由来のデータに欠損値が多いことに起因する可能性も考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
単一細胞由来のデータの基づき、分岐過程が再構築出来た。一方で再構築された系統樹の多系統性等のため、分化途中の細胞のエピゲノムの推定と検証には至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
最近、同一細胞から突然変異とエピジェネティック修飾の両方の情報が取得されたマルチオミクスデータが利用可能となってきている（Li et al. 2023 Cell, Weng et al. 2024 Nature）。欠損値の多いエピジェネティック修飾の情報から直接系統樹を推定するのではなく、突然変異の情報から系統樹を推定し、推定した系統樹の上にエピジェネティック修飾をマッピングすることで推定精度が上がる可能性がある。このようなデータの活用も検討しながら、エピゲノム変遷過程の推定を目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
