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遺伝子発現ダイナミクスのモデル化と細胞分化機序の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16J05079
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生命・健康・医療情報学
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

松本 拡高  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, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワードバイオインフォマティクス / 1細胞発現解析 / 1細胞RNA-seq / 転写制御ネットワーク
研究実績の概要

1細胞RNA-seqを用いると、多くの細胞の網羅的な発現量を計測できる。したがって、組織を1細胞RNA-seqで計測した後に細胞をクラスタリングすることで、細胞種を実験後に決定できる。このようなアプローチは、前駆細胞とやや分化した細胞といった微妙な細胞状態の差も捉えられる。このような差における発現変動解析を行うことで、分化初期に決定的な影響を与える因子を見つけることができると期待される。このような状態間の発現変動解析を行う上で、既存のアルゴリズムはアノテーションされた転写産物の発現量を求め、その中で有意に差がある転写産物を見つけるというアプローチに基づくものがほとんどであった。しかしながら近年、がん組織における異常なスプライシングパターンといった様々な転写産物の構造とその重要性が明らかにされつつある。したがって、微妙な細胞状態間における発現変動を多様な転写産物の存在を踏まえ網羅するためにも、アノテーションに基づいた発現変動解析のみでなく、アノテーション外の転写産物の変動を検出することも重要である。
これら背景を踏まえ、本研究では遺伝子領域内で起こりうる多様な転写構造の変動を検出すべく、アノテーションに依存せずに1細胞RNA-seqデータから発現変動を検出するアルゴリズムの開発を行った。本アルゴリズムではまず非負値行列分解を行い、細胞間で共有するマッピングパターン、つまり転写構造を自動的に分離し、かつその発現量を求めた。この係数に対し、細胞種間での差を定量化することにより、アノテーションに依存せずに異なる転写構造を分離し差を定量することができる。さらに、アノテーションに基づく発現変動の差の定量も行い、これら2つアプローチで「定量化した差」の差を用いることで、アノテーションに基づくアプローチでは見逃されていた発現変動する転写産物をリストアップする指標を構築した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] SCODE: An efficient regulatory network inference algorithm from single-cell RNA-Seq during differentiation2017

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, H., Kiryu, H., Furusawa, C., Ko, S.H., M., Ko, B.H., S., Gouda, N., Hayashi, T., Nikaido, I.
    • 雑誌名

      Bioinformatics

      巻: 印刷中 号: 15 ページ: 2314-2321

    • DOI

      10.1093/bioinformatics/btx194

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 1細胞発現解析アルゴリズムの開発2019

    • 著者名/発表者名
      H. Matsumoto
    • 学会等名
      定量生物学の会第九会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A non-negative matrix factorization based method for discovering novel differentially expressed genes from single-cell RNA-seq2018

    • 著者名/発表者名
      H. Matsumoto, T. Hayashi, H. Ozaki, K. Tsuyuzaki, I. Nikaido
    • 学会等名
      生命医薬情報連合大会2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] NMFを用いた1細胞RNA-seqから新規転写産物の検出2018

    • 著者名/発表者名
      H. Matsumoto, T. Hayashi, H. Ozaki, K. Tsuyuzaki, I. Nikaido
    • 学会等名
      生命科学系フロンティアミーティング
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of spatial gene regulation based on reaction-iffusion system in Drosophila early embryogenesis2017

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, H., Kiryu, H, Yasuhiro Kojima, Suguru Yaginuma, & Itoshi Nikaido
    • 学会等名
      第6回生命医薬情報連合大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Inference of gene regulatory network and drivers of differentiation from time-course single-cell RNA-Seq2016

    • 著者名/発表者名
      松本 拡高
    • 学会等名
      第5回生命医薬情報学連合大会(IIBMP 2016)
    • 発表場所
      東京国際交流館プラザ平成(東京お台場)
    • 年月日
      2016-09-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [図書] シングルセル解析プロトコール 発展編5章2017

    • 著者名/発表者名
      松本 拡高、木立 尚孝、二階堂 愛
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      4758122342
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] 日常化するシングルセル遺伝子発現解析 2017年 05 月号 [雑誌]: 細胞 増刊2017

    • 著者名/発表者名
      松本 拡高、二階堂 愛
    • 総ページ数
      4
    • 出版者
      ニューサイエンス社
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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