シングルセル遺伝子発現解析による細胞運命決定のメカニズム解明

• 研究課題/領域番号: 15K06921
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: システムゲノム科学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 渡辺 亮 京都大学, iPS細胞研究所, 特定拠点助教 (60506765)
• 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: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2015年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: シングルセル / 遺伝子発現 / iPS細胞 / RNA-seq / ATAC-seq / 心筋細胞 / シングルセル解析

研究成果の概要

シングルセル遺伝子発現解析を行い、細胞分化過程で遷移する遺伝子発現を擬似的にリアルタイムで観察し、(2)細胞分化の分岐点を同定することで、細胞の多様性を生み出す細胞の運命決定のメカニズムを明らかにすることを目的としシングルセルRNA-seqを実施した。時系列のATAC-seq及びバイオインフォマティクスを含めた多層解析によって、心筋分化に寄与する新規の候補転写因子を同定した。さらに、遺伝子発現状態の複雑さをエントロピーを用いて定量化することで胞の成熟度を測定する手法を開発し、相対的に成熟した心筋細胞が特異的に発現する膜表面タンパク質を同定した。

研究成果

• [雑誌論文] Human AK2 links intracellular bioenergetic redistribution to the fate of hematopoietic progenitors (2018)
  • 著者名/発表者名: Oshima Koichi、Watanabe Akira、Nakahata Tatsutoshi、Saito Megumu K. et al.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 497 号: 2 ページ: 719-725
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.02.139
  • NAID: 120006466601
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] シングルセル解析の最前線 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺亮、坂本智子
  • 雑誌名: 整形・災害外科 巻: 61 ページ: 427-431
• [雑誌論文] Adrenergic receptor agonists induce the differentiation of pluripotent stem cell-derived hepatoblasts into hepatocyte-like cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Kotaka Maki、Toyoda Taro、Yasuda Katsutaro、Kitano Yuko、Okada Chihiro、Ohta Akira、Watanabe Akira、Uesugi Motonari、Osafune Kenji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 16734-16734
  • DOI: 10.1038/s41598-017-16858-5
  • NAID: 120006817602
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Insulin-producing cells derived from ‘induced pluripotent stem cells’ of patients with fulminant type 1 diabetes: Vulnerability to cytokine insults and increased expression of apoptosis-related genes (2017)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa Yoshiya、Toyoda Taro、Fukui Kenji、Baden Megu Yamaguchi、Funato Michinori、Kondo Yasushi、Sudo Tomomi、Iwahashi Hiromi、Kishida Marina、Okada Chihiro、Watanabe Akira、Asaka Isao、Osafune Kenji、Imagawa Akihisa、Shimomura Iichiro
  • 雑誌名: Journal of Diabetes Investigation 巻: - 号: 3 ページ: 481-493
  • DOI: 10.1111/jdi.12727
  • NAID: 120006498249
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rho-Associated Kinases and Non-muscle Myosin IIs Inhibit the Differentiation of Human iPSCs to Pancreatic Endoderm (2017)
  • 著者名/発表者名: Toyoda Taro、Kimura Azuma、Tanaka Hiromi、Ameku Tomonaga、Mima Atsushi、Hirose Yurie、Nakamura Masahiro、Watanabe Akira、Osafune Kenji
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 9 号: 2 ページ: 419-428
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2017.07.005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] iPSC-based drug repositioning identifies Src/c-Abl as a therapeutic target for ALS motor neurons (2017)
  • 著者名/発表者名: Imamura K, Izumi Y, 他24名, Hosokawa M, Akiyama H, Ayaki T, Ito H, Takahashi R, Yamanaka S, Inoue H
  • 雑誌名: Science Translational Medicine 巻: 9 号: 391 ページ: 391-391
  • DOI: 10.1126/scitranslmed.aaf3962
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of a small molecule that facilitates the differentiation of human iPSCs/ESCs and mouse embryonic pancreatic explants into pancreatic endocrine cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Kondo Yasushi、Toyoda Taro、Ito Ryo、Funato Michinori、Hosokawa Yoshiya、Matsui Satoshi、Sudo Tomomi、Nakamura Masahiro、Okada Chihiro、Zhuang Xiaotong、Watanabe Akira、Ohta Akira、Inagaki Nobuya、Osafune Kenji
  • 雑誌名: Diabetologia 巻: 60 号: 8 ページ: 1454-1466
  • DOI: 10.1007/s00125-017-4302-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hypoxic adaptation of leukemic cells infiltrating the CNS affords a therapeutic strategy targeting VEGFA (2017)
  • 著者名/発表者名: Kato Itaru、Nishinaka Yoko、Nakamura Masahiro、et al.
  • 雑誌名: Blood 巻: 129 号: 23 ページ: 3126-3129
  • DOI: 10.1182/blood-2016-06-721712
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 幹細胞・発生研究とシングルセル解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 亮
  • 雑誌名: 実験医学別冊「シングルセル解析プロトコール」 巻: - ページ: 26-32
• [雑誌論文] エピゲノムデータベースの現状と活用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 10.渡辺亮、中村正裕、岡田千尋
  • 雑誌名: 実験医学別冊「エピジェネティクス実験スタンダード」 巻: - ページ: 1917-211
• [雑誌論文] Autologous Induced Stem Cell-Derived Retinal Cells for Macular Degeneration (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Mandai, A. Watanabe, Y. Kurimoto, 他36名
  • 雑誌名: New England Journal of Medicine 巻: 376 号: 11 ページ: 1038-1046
  • DOI: 10.1056/nejmoa1608368
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a High-Frequency Somatic NLRC4 Mutation as a Cause of Autoinflammation by Pluripotent Cell-Based Phenotype Dissection. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Y, Oda H, Ito J, Niwa A, Tanaka T, Hijikata A, Seki R, Nagahashi A, Osawa M, Asaka I, Watanabe A, Nishimata S, Shirai T, Kawashima H, Ohara O, Nakahata T, Nishikomori R, Heike T, Saito MK.
  • 雑誌名: Arthritis Rheumatol. 巻: 69 号: 2 ページ: 447-459
  • DOI: 10.1002/art.39960
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nat1 promotes translation of specific proteins that induce differentiation of mouse embryonic stem cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama H, Takahashi K, Yamamoto T, Iwasaki M, Narita M, Nakamura M, Rand TA, Nakagawa M, Watanabe A, Yamanaka S.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 114 号: 2 ページ: 340-345
  • DOI: 10.1073/pnas.1617234114
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transcriptional Analysis of Intravenous Immunoglobulin Resistance in Kawasaki Disease Using an Induced Pluripotent Stem Cell Disease Model (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikeda K, Mizoro Y, Ameku T, Nomiya Y, Mae SI, Matsui S, Kuchitsu Y, Suzuki C, Hamaoka-Okamoto A, Yahata T, Sone M, Okita K, Watanabe A, Osafune K, Hamaoka K.
  • 雑誌名: Circulation Journal 巻: 81 号: 1 ページ: 110-118
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-16-0541
  • NAID: 130005252647
  • ISSN: 1346-9843, 1347-4820
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Redefining definitive endoderm subtypes by robust induction of human induced pluripotent stem cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsuno K, Mae SI, Okada C, Nakamura M, Watanabe A, Toyoda T, Uchida E, Osafune K.
  • 雑誌名: Differentiation 巻: 92 号: 5 ページ: 281-290
  • DOI: 10.1016/j.diff.2016.04.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laminin-guided highly efficient endothelial commitment from human pluripotent stem cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ohta R., Niwa A., Taniguchi Y., Suzuki NM., Toga J., Yagi E., Saiki N., Nishinaka-Arai Y., Okada C., Watanabe A., Nakahata T., Sekiguchi K., Saito MK.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: - 号: 1 ページ: 35680-35680
  • DOI: 10.1038/srep35680
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Purification of functional human ES and iPSC-derived midbrain dopaminergic progenitors using LRTM1. (2016)
  • 著者名/発表者名: Samata B, Doi D, Nishimura K, Kikuchi T, Watanabe A, Sakamoto Y, Kakuta J, Ono Y, Takahashi J.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 4 号: 1 ページ: 13907-13907
  • DOI: 10.1038/ncomms13097
  • NAID: 120005867037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epigenetic Variation between Human Induced Pluripotent Stem Cell Lines Is an Indicator of Differentiation Capacity (2016)
  • 著者名/発表者名: ③M. Nishizawa, K. Chonabayashi, M. Nomura, A. Tanaka, M. Nakamura, A. Inagaki, M. Nishikawa, I. Takei, A. Oishi, K. Tanabe, M. Ohnuki, H. Yokota, M. Koyanagi-Aoi, K. Okita, A. Watanabe, A. Takaori-Kondo, S. Yamanaka, Y. Yoshida
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 19 号: 3 ページ: 341-354
  • DOI: 10.1016/j.stem.2016.06.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of MMP1 as a novel risk factor for intracranial aneurysms in ADPKD using iPSC models. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ameku T, Watanabe A, Osafune K et al.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 30013-30013
  • DOI: 10.1038/srep30013
  • NAID: 120005825896
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modeling the early phenotype at the euromuscular junction of spinal muscular atrophy using patient-derived iPSCs. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, M., Kitaoka, S., Egawa N., Yamane M., Ikeda R., Tsukita K., Amano N., Watanabe A., Morimoto, M., Takahashi J., Hosoi H., Nakahatan, T., Inoue, H.,Saito, Megumu K.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 4 号: 4 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2015.02.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pluripotent cell models of Fanconi anemia identify the early pathological defect in human hemoangiogenic progenitors. (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki NM, Niwa A, Yabe M, Hira A, Okada C, Amano N, Watanabe A, Watanabe K, Heike T, Takata M, Nakahata T, Saito MK
  • 雑誌名: Stem Cells Transl Med 巻: 4 号: 4 ページ: 333-338
  • DOI: 10.5966/sctm.2013-0172
  • NAID: 120005980869
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] シングルセル解析によって可視化する臓器の発生過程 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 亮
  • 学会等名: 第６４回日本輸血・細胞治療学会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2016-04-28
  • 招待講演
• [学会発表] 臓器の発生過程を可視化するシングルセル遺伝子発現解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 亮
  • 学会等名: 第３８回分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] シングルセル遺伝子解析が明らかにするヒト発生過程における細胞運命の決定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 亮
  • 学会等名: 第６７回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 鹿児島
  • 年月日: 2015-10-26
  • 招待講演
• [学会発表] The Single Cell Epigenetics Dissects Cell Fate Specification (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Watanabe
  • 学会等名: Top Global University Japan, 1st Joint Symposium of International Partners
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2015-10-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Single Cell Transcriptome Analysis Dissects Cell Fate Specification (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Watanabe
  • 学会等名: 第５３回生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2015-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] 臓器の発生過程を可視化するシングルセル遺伝子解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 亮
  • 学会等名: 第２６回臨床口腔病理学会総会学術集会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2015-07-29
  • 招待講演