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シンギュラリティ細胞の内部状態を同定するための細胞操作&遺伝子発現解析法の開発

計画研究

研究領域シンギュラリティ生物学
研究課題/領域番号 18H05411
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

城口 克之  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00454059)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
98,670千円 (直接経費: 75,900千円、間接経費: 22,770千円)
2022年度: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2020年度: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2019年度: 19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)
2018年度: 26,650千円 (直接経費: 20,500千円、間接経費: 6,150千円)
キーワード1細胞解析 / イメージング / 網羅的遺伝子発現解析 / AI / 機械学習 / 細胞分取 / 画像解析 / 細胞操作 / 遺伝子発現解析 / バイオイメージング / 一細胞解析 / シークエンシング / 深層学習 / 血液細胞 / 免疫細胞 / RNAシークエンシング / 1細胞操作 / 自動化 / 遺伝子発現 / 次世代シークエンサ
研究成果の概要

本研究では、“シンギュラリティ細胞”や“シンギュラリティ現象”が起きる際の細胞の内部状態(遺伝子発現)はどのようになっているのかという問いに向けて技術開発を行った。まず、顕微鏡観察と1細胞分取を自動で繰り返すロボット「ALPS(Automated Live imaging and cell Picking System)」を開発し、観察した細胞を分取してRNA-seqを実施することで、細胞の動画像と網羅的遺伝子発現のデータセットを同一の細胞から得た。これらのデータにAI解析(深層学習)を適用し、細胞の動画像から遺伝子発現状態を推定することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発した、細胞の顕微鏡画像から細胞の遺伝子発現状態を推定するアプローチは、より多くの細胞種や状態の推定・同定ができる可能性を示した。細胞を壊さずに細胞の状態を推定できるため、例えば、細胞治療に用いる細胞を移植前に評価することなどに役立つ可能性がある。基礎研究においても、細胞種の同定に用いられてきた分子マーカーが不要になる可能性があり、手順の簡易化やコストの削減になる。さらに、これまでに適切なマーカーを得ることができていない細胞種や状態の同定にも貢献すると考えられる。

報告書

(6件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 3件、 招待講演 10件) 図書 (2件) 産業財産権 (4件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Robotic data acquisition with deep learning enables cell image-based prediction of transcriptomic phenotypes2022

    • 著者名/発表者名
      Jin J., Ogawa T., Hojo N., Kryukov K., Shimizu K, Ikawa T., Imanishi T., Okazaki T., Shiroguchi K
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

      巻: 120

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A circulating subset of iNKT cells mediates antitumor and antiviral immunity2022

    • 著者名/発表者名
      Cui G,,, Shiroguchi K., Ikuta K.
    • 雑誌名

      Sci. Immunol.

      巻: 7

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Different cell imaging methods did not significantly improve immune cell image classification performance2022

    • 著者名/発表者名
      Ogawa T, Ochian K, Iwata T, Ikawa T, Tsuzuki T, Shiroguchi K and Takahashi K.
    • 雑誌名

      Plos One

      巻: 17 号: 1 ページ: e0262397-e0262397

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0262397

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High-throughput identification and quantification of single bacterial cells in the microbiota2022

    • 著者名/発表者名
      Jin, J., Yamamoto, R., Takeuchi, T., Cui, G., Miyauchi, E., Hojo, N., Ikuta, K., Ohno, H., and Shiroguchi, K.
    • 雑誌名

      Nat. Commun.

      巻: 13 号: 1 ページ: 863-863

    • DOI

      10.1038/s41467-022-28426-1

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mitochondrial reactive oxygen species trigger metformin-dependent antitumor immunity via activation of Nrf2/mTORC1/p62 axis in tumor-infiltrating CD8T lymphocytes2021

    • 著者名/発表者名
      Nishida Mikako、Yamashita Nahoko、Ogawa Taisaku、Koseki Keita、Warabi Eiji、Ohue Tomoyuki、Komatsu Masaaki、Matsushita Hirokazu、Kakimi Kazuhiro、Kawakami Eiryo、Shiroguchi Katsuyuki、Udono Heiichiro
    • 雑誌名

      Journal for ImmunoTherapy of Cancer

      巻: 9 号: 9 ページ: e002954-e002954

    • DOI

      10.1136/jitc-2021-002954

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] B cell-derived GABA elicits IL-10+ macrophages to?limit anti-tumour immunity2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang B,Vogelzang A,Miyajima M,Sugiura Y,Wu Y,Chamoto K,Nakano R,Hatae R,Menzies RJ,Sonomura K,Hojo N,Ogawa T,Kobayashi W,Tsutsui Y,Yamamoto S,Maruya M,Narushima S,Suzuki K,Sugiya H,Murakami K,Hashimoto M,Ueno H,Kobayashi T,Ito K,Hirano T,Shiroguchi K,Matsuda F,Suematsu M,Honjo T,Fagarasan S
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 599 号: 7885 ページ: 471-476

    • DOI

      10.1038/s41586-021-04082-1

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiomics Investigation Revealing the Characteristics of HIV-1-Infected Cells In?Vivo2020

    • 著者名/発表者名
      Aso Hirofumi、Nagaoka Shumpei、Kawakami Eiryo、Ito Jumpei、Islam Saiful、Tan Benjy Jek Yang、Nakaoka Shinji、Ashizaki Koichi、Shiroguchi Katsuyuki、Suzuki Yutaka、Satou Yorifumi、Koyanagi Yoshio、Sato Kei
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 32 号: 2 ページ: 107887-107887

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2020.107887

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] HaloTag-based conjugation of proteins to barcoding-oligonucleotides2020

    • 著者名/発表者名
      3.Yazaki J*, Kawashima Y, Ogawa T, Kobayashi A, Okoshi M, Watanabe T, Yoshida S, Kii I, Egami S, Amagai M, Hosoya T, Shiroguchi K, Ohara O
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Res

      巻: 48 号: 2 ページ: e8-e8

    • DOI

      10.1093/nar/gkz1086

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Osteoprotegerin-dependent Mcell self-regulation balances gut infection and immunity.2020

    • 著者名/発表者名
      Kimura S, Nakamura Y, Kobayashi N, Shiroguchi K, KawakamiE, Mutoh M, Takahashi-Iwanaga H, Yamada T, Hisamoto M, Nakamura M, Udagawa N, Sato S, KaishoT, Iwanaga T, Hase K.
    • 雑誌名

      Nat Commun

      巻: 11 号: 1 ページ: 234-234

    • DOI

      10.1038/s41467-019-13883-y

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Runx/Cbfβ complexes protect group 2 innate lymphoid cells from exhausted-like hyporesponsiveness during allergic airway inflammation2019

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Chizuko、Kojo Satoshi、Yamashita Motoi、Moro Kazuyo、Lacaud Georges、Shiroguchi Katsuyuki、Taniuchi Ichiro、Ebihara Takashi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 447-447

    • DOI

      10.1038/s41467-019-08365-0

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] バイオDXの効果? 細胞の”顔つき”から種類・状態を捉える2022

    • 著者名/発表者名
      城口克之
    • 学会等名
      第433回CBI学会講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Predicting cell fates by image-based machine learning for comprehensive and quantitative understanding of cell death and survival2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Okaniwa, Katsuyuki Shiroguchi
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 実験自動化ロボットの開発と統合データ解析による 1細胞decoding2021

    • 著者名/発表者名
      城口克之
    • 学会等名
      バイオDXの最前線  CRESTバイオDXキックオフシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] An automated microscopy-based picking system for single cells which links dynamic behavior with whole gene expression2021

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Shiroguchi
    • 学会等名
      Pacifichem2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 細胞動態観察・オミックス解析・機械学習を融合した 新規 1 細胞解析法の開発と免疫研究への応用2020

    • 著者名/発表者名
      城口克之
    • 学会等名
      東京理科大学 総合研究院合成生物学研究部門シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] バイオイメージングとRNAシークエンシング(と機械学習)の融合による1細胞動態解析2020

    • 著者名/発表者名
      城口克之
    • 学会等名
      九州大学先導物質化学研究所 非常勤講師セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 1細胞を観て採る自動システム2020

    • 著者名/発表者名
      城口克之
    • 学会等名
      Laboratory Automation Developers Conference 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 1細胞統合解析:  ライブイメージングと 網羅的遺伝子発現解析の融合2020

    • 著者名/発表者名
      城口克之
    • 学会等名
      広島県立大学 生命システム科学特別講義
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of an automated system to take datasets of images and sequences for the same single cells2020

    • 著者名/発表者名
      Taisaku Ogawa, Katsuyuki Shiroguchi
    • 学会等名
      AGBT2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Linking cell dynamics and gene expression by integration of live imaging and RNA sequencing2019

    • 著者名/発表者名
      城口 克之
    • 学会等名
      LSBM Symposium 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 新規手法開発により生命システムの理解へ迫る:①核酸・細胞の“デジタル”定量法の開発 ②シークエンシングとライブイメージング法の融合2019

    • 著者名/発表者名
      城口 克之
    • 学会等名
      京都大学ウイルス・再生医科学研究所 セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞動態と遺伝子発現を結ぶイメージングとシークエンシングの統合解析2019

    • 著者名/発表者名
      城口 克之
    • 学会等名
      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
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 顕微鏡ライブイメージングと1細胞RNA-seqを組み合わせた自動化システムの開発とシンギュラリティ生物学への応用2019

    • 著者名/発表者名
      小川 泰策、城口 克之
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 細胞動態と遺伝子発現状態を繋ぐ:顕微鏡ライブイメージングと1細胞RNAシークエンシングの融合と自動化2019

    • 著者名/発表者名
      城口 克之
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会バイオフィジックスセミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Automation of live imaging, single cell picking, and sequencing system2019

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Shiroguchi
    • 学会等名
      ICSB2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An automated system of single cell picking and sequencing for dynamic observation of living cells2018

    • 著者名/発表者名
      城口 克之
    • 学会等名
      日本生物物理学会第56回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A robotic system for combining single-cell RNA-seq with live cell imaging2018

    • 著者名/発表者名
      小川 泰策, 伊川 友活, 城口 克之
    • 学会等名
      日本生物物理学会第56回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 細胞の網羅的遺伝子発現の経時”計測”と未来予測に向けて2018

    • 著者名/発表者名
      城口 克之
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] DNA分子バーコード法とその新機能 バイオイノベーションに向けて ~バイテクノロジーの新技術からの新しい視点~2019

    • 著者名/発表者名
      城口克之、小川泰策
    • 総ページ数
      255
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781314112
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] 1細胞,1分子における核酸配列決定・定量技術の現状と展望2018

    • 著者名/発表者名
      城口克之
    • 総ページ数
      108
    • 出版者
      科学評論社
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] 核酸増幅に関する技術(仮)2022

    • 発明者名
      城口克之、他
    • 権利者名
      理化学研究所、他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-004729
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 細胞操作に関する技術(仮)2020

    • 発明者名
      城口克之、他
    • 権利者名
      理化学研究所、他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 細胞搬送システム2018

    • 発明者名
      城口克之、他
    • 権利者名
      理化学研究所、他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2018
    • 取得年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [産業財産権] 細胞搬送システム2018

    • 発明者名
      城口克之、小川泰策、平藤衛
    • 権利者名
      理化学研究所、ヨダカ技研(株)
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-203728
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-07-20   更新日: 2024-01-30  

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