高次元表現型解析を駆使した遺伝情報による細胞の動作原理の解明

• 研究課題/領域番号: 15H04402
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 遺伝・染色体動態
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大矢 禎一 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (20183767)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2017年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2016年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2015年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: Saccharomyces cerevisiae / morphology / CalMorph / phenotyping / 出芽酵母 / 遺伝子機能 / 形態表現型 / 必須遺伝子 / 形態プロファイル / 形態異常度 / 画像解析 / 遺伝子ネットワーク / 細胞形態 / ケミカルゲノミクス / 高次元表現型解析 / カルシウム / 遺伝的相互作用 / 形態表現型解析 / 遺伝学 / 大規模解析 / ハプロ不全性

研究成果の概要

遺伝情報による生命体の動作原理、すなわち遺伝型という「原因」が表現型という「結果」にどのように結びつくかという原理を解き明かすことは、遺伝学の中心課題のひとつである。我々は、遺伝型と表現型との関係を明らかにするために、単細胞真核生物の出芽酵母（S. cerevisiae）の優れた遺伝学的ツールを駆使し、蛍光顕微鏡で得られる細胞画像を画像解析システムCalMorphにより解析し、形態プロファイリングと形態異常度の二つの観点から高次元表現型を定量的に解析することによって遺伝子機能と形態表現型の間に密接な関係があることを発見した。その関係を用いて、薬剤の細胞内標的を同定することに成功した。

研究成果

• [国際共同研究] トロント大学(カナダ)
• [国際共同研究] SUNY/ミネソタ大学/プリンストン大学(米国)
• [国際共同研究] リオン大学/ストラスブルグ大学(フランス)
• [国際共同研究] EMBL(ドイツ)
• [雑誌論文] Global study of holistic morphological effectors in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki G, Wang Y, Kubo K, Hirata E, Ohnuki S, Ohya Y
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 19 号: 1 ページ: 149-149
  • DOI: 10.1186/s12864-018-4526-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Testing the neutral hypothesis of phenotypic evolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Ho WC, Ohya Y, Zhang J
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 114 号: 46 ページ: 12219-12224
  • DOI: 10.1073/pnas.1710351114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Functional annotation of chemical libraries across diverse biological processes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Piotrowski JS, Li SC, Deshpande R.......Shirahige K,......Boone C.
  • 雑誌名: Nat Chem Biol. 巻: 13 号: 9 ページ: 982-993
  • DOI: 10.1038/nchembio.2436
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phenotypic diagnosis of lineage and differentiation during sake yeast breeding (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Ohnuki, Hiroki Okada, Anne Friedrich, Yoichiro Kanno, Tetsuya Goshima, Hirokazu Hasuda, Masaaki Inahashi, Naoto Okazaki, Hiroyasu Tamura, Ryo Nakamura, Dai Hirata, Hisashi Fukuda, Hitoshi Shimoi, Katsuhiko Kitamoto, Daisuke Watanabe, Joseph Schacherer, Takeshi Akao, Yoshikazu Ohya
  • 雑誌名: G3 (Bethesda) 巻: 7 号: 8 ページ: 2807-2820
  • DOI: 10.1534/g3.117.044099
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Systematic analysis of Ca2+ homoeostasis in Saccharomyces cerevisiae based on chemical-genetic interaction profiles (2017)
  • 著者名/発表者名: Farzan Ghanegolmohammadi, Mitsunori Yoshida, Shinsuke Ohnuki, Yuko Sukegawa, Hiroki Okada, Keisuke Obara, Akio Kihara, Kuninori Suzuki, Tetsuya Kojima, Nozomu Yachie, Dai Hirata, Yoshikazu Ohya
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell 巻: 28 号: 23 ページ: 3415-3427
  • DOI: 10.1091/mbc.e17-04-0216
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Dual Activity Responsible for the Elongation and Branching of β-(1,3)-Glucan in the Fungal Cell Wall. (2017)
  • 著者名/発表者名: Aimanianda V, Simenel C, Garnaud C, Clavaud C, Tada R, Barbin L, Mouyna I, Heddergott C, Popolo L, Ohya Y, Delepierre M, Latge JP
  • 雑誌名: MBio 巻: 8 号: 3
  • DOI: 10.1128/mbio.00619-17
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Promoter engineering of the Saccharomyces cerevisiae RIM15 gene for improvement of alcoholic fermentation rates under stress conditions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe D, Kaneko A, Sugimoto Y, Ohnuki S, Takagi H, Ohya Y
  • 雑誌名: J Biosci Bioeng. 巻: 123 号: 2 ページ: 183-189
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2016.08.004
  • NAID: 40021112533
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Large-Scale Survey of Intraspecific Fitness and Cell Morphology Variation in a Protoploid Yeast Species. (2016)
  • 著者名/発表者名: Jung PP, Sigwalt A, Ohnuki S, de Montigny J, Ohya Y, Schacherer J.
  • 雑誌名: G3 巻: 6 号: 4 ページ: 1063-71
  • DOI: 10.1534/g3.115.026682
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of a mutation causing a defective spindle assembly checkpoint in high ethyl caproate-producing sake yeast strain K1801. (2016)
  • 著者名/発表者名: Goshima T, Nakamura R, Kume K, Okada H, Ichikawa E, Tamura H, Hasuda H, Inahashi M, Okazaki N, Akao T, Shimoi H, Mizunuma M, Ohya Y, Hirata D.
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem. 巻: 80 号: 8 ページ: 1657-62
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1184963
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Exploiting Single-Cell Quantitative Data to Map Genetic Variants Having Probabilistic Effects. (2016)
  • 著者名/発表者名: Chuffart F, Richard M, Jost D, Burny C, Duplus-Bottin H, Ohya Y, Yvert G.
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 12 号: 8 ページ: e1006213-e1006213
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1006213
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fluorescent Labeling of Yeast Cell Wall Components. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okada H, Ohya Y
  • 雑誌名: Cold Spring Harb Protoc. 巻: 2016 号: 8 ページ: 085241-085241
  • DOI: 10.1101/pdb.prot085241
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Assay for Spore Wall Integrity Using a Yeast Predator. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okada H, Neiman AM, Ohya Y.
  • 雑誌名: Cold Spring Harb Protoc. 巻: 2016 号: 8 ページ: pdb.prot085258-pdb.prot085258
  • DOI: 10.1101/pdb.prot085258
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Local and Acute Disruption of the Yeast Cell Surface (2016)
  • 著者名/発表者名: Kono K, Okada H, Ohya Y
  • 雑誌名: Cold Spring Harb Protoc. 巻: 2016 号: 8 ページ: pdb.prot085266-pdb.prot085266
  • DOI: 10.1101/pdb.prot085266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Examination and Disruption of the Yeast Cell Wall (2016)
  • 著者名/発表者名: Okada H, Kono K, Neiman AM, Ohya Y
  • 雑誌名: Cold Spring Harb Protoc. 巻: 2016 号: 8 ページ: 078659-078659
  • DOI: 10.1101/pdb.top078659
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A global genetic interaction network maps a wiring diagram of cellular function (2016)
  • 著者名/発表者名: Costanzo M, et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 353
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Late S-Phase Transcription Factor Hcm1 Is Regulated through Phosphorylation by the Cell Wall Integrity Checkpoint. (2016)
  • 著者名/発表者名: Negishi T, Veis J, Hollenstein D, Sekiya M, Ammerer G, Ohya Y.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 巻: 36 号: 6 ページ: 941-953
  • DOI: 10.1128/mcb.00952-15
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-cell phenomics in budding yeast. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohya Y, Kimori Y, Okada H, Ohnuki S.
  • 雑誌名: Mol Biol of the Cell 巻: 26 号: 22 ページ: 3920-3925
  • DOI: 10.1091/mbc.e15-07-0466
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Profiling of the effects of antifungal agents on yeast cells based on morphometric analysis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Gebre AA, Okada H, Kim C, Kubo K, Ohnuki S, Ohya Y
  • 雑誌名: FEMS Yeast Res 巻: 15
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Plant-derived antifungal agent poacic acid targets β-1,3-glucan (2015)
  • 著者名/発表者名: Piotrowski JS, Okada H, Lu F, Li SC, Hinchman L, Ranjan A, Smith DL, Higbee AJ, Ulbrich A, Coon JJ, Deshpande R, Bukhman YV, McIlwain S, Ong IM, Myers CL, Boone C, Landick R, Ralph J, Kabbage M, Ohya Y
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 112 号: 12
  • DOI: 10.1073/pnas.1410400112
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantification of Cell, Actin, and Nuclear DNA Morphology with High-Throughput Microscopy and CalMorph. (2015)
  • 著者名/発表者名: Okada H, Ohnuki S, Ohya Y.
  • 雑誌名: Cold Spring Harb Protoc. 巻: 2015 (4) 号: 4 ページ: 408-412
  • DOI: 10.1101/pdb.prot078667
  • 査読あり
• [学会発表] High-dimensional and single-cell phenotyping in Saccharomyces cerevisiae: Rational selection of the morphological parameters (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ohya
  • 学会等名: CiFA Program Meeting (Tokyo, 2017.4.27)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The book of yeast morphology is written in the language of mathematics (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ohya
  • 学会等名: Gene, genome and beyond (South San Francisco, 2017.9.16)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 酵母の細胞壁研究の魅力 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: 日本植物学会シンポジウム （野田、2017.9.8）
  • 招待講演
• [学会発表] 出芽酵母の形態表現型に強い影響を与える遺伝子変異株の網羅的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木吾大、王洋、大貫慎輔、大矢禎一
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム （東京、2017.9.11-13）
• [学会発表] 高次元形態表現型に基づく遺伝子機能特異的表現型自動抽出法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大貫慎輔、徐聴涛、大矢禎一
  • 学会等名: 分子生物学会 （神戸、2017.12.6-9）
• [学会発表] High-dimensional and single cell phenotyping in Saccharomyces cerevisiae (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ohya
  • 学会等名: HIHA symposium
  • 発表場所: 広島大学先端物質科学研究科（広島県・東広島）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] single cell phonemics in chemical genomics (2016)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: バイオイメージインフォーマティクス
  • 発表場所: 大阪大学医学部（大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2016-06-23
• [学会発表] Application of single cell phonemics in chemical genomics (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ohya
  • 学会等名: CIFAR meeting
  • 発表場所: トロント（カナダ）
  • 年月日: 2016-04-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 形態プロファイリングによる 細胞内標的予想 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: 日本農薬学会
  • 発表場所: 松江
  • 年月日: 2016-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] 清酒酵母の単細胞フェノタイピング (2016)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: 酵母細胞研究会
  • 発表場所: 東京大学農学部（東京都・文京区）
  • 招待講演
• [学会発表] A cell cycle checkpoint to insure the integrity of the cell wall synthesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ohya
  • 学会等名: LIISAIB
  • 発表場所: コルドバ（アルゼンチン）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 清酒酵母今昔 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: 日本酒史学会
  • 発表場所: 東京大学新領域（千葉県・柏市）
  • 招待講演
• [学会発表] Monitoring and Phenotyping of Brewing and Sake Yeasts (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ohya
  • 学会等名: 4th ICBB in Singapore
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New antifungal agents that inhibit cell wall synthesis (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ohya
  • 学会等名: Fungal Cell Wall 2015
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2015-10-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] β-1,3-グルカンをターゲットにする新しい抗真菌剤 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: 第67回日本細胞生物学会大会シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-06-29
  • 招待講演
• [学会発表] High-dimensional morphological phenotyping in Saccharomyces cerevisiae (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ohya
  • 学会等名: Annual Meeting of Microbiology in Korea
  • 発表場所: Changwon, Korea
  • 年月日: 2015-04-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 酵母の形態情報を発酵・醸造に生かす in 「 発酵・醸造食品の最前線 （北本勝ひこ監修）」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一、渡辺大輔、 岡田啓希
  • 総ページ数: 14
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 日本の強みバイオテクノロジー in 「遺伝 : 生物の科学」69 (4); 332-337 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [備考] 生命応答システム
  • URL: http://ps.k.u-tokyo.ac.jp/top.html