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シングルセルエピゲノム解析による細胞の運命転換機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17H03703
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 植物分子・生理科学
研究機関宇都宮大学 (2019)
基礎生物学研究所 (2017-2018)

研究代表者

玉田 洋介  宇都宮大学, 工学部, 准教授 (50579290)

研究分担者 三浦 則明  北見工業大学, 工学部, 教授 (30209720)
榊原 恵子  立教大学, 理学部, 准教授 (90590000)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2019年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2018年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2017年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
キーワード細胞の運命転換 / エピゲノム / シングルセル / トランスクリプトーム / イメージング / 幹細胞
研究成果の概要

細胞の運命転換過程におけるエピゲノムの動態と、エピゲノムとトランスクリプトームがどのように相互作用して細胞の運命転換を駆動しているのかをシングルセルレベルで解明するため、クロマチン修飾やヒストンバリアントといったエピゲノムの構成要素の細胞運命転換過程における単一細胞核4D(3D+時間)イメージングや、シングルセルトランスクリプトーム解析などを行った。その結果、傷害刺激による遺伝子制御ネットワークの変動により幹細胞化因子の発現が誘導され、それによって起きる細胞分裂を介してエピゲノムが大きく変動することで、幹細胞化が達成されることを示す結果を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

多細胞生物の発生や再生には細胞の運命転換が不可欠である。細胞の運命転換にはトランスクリプトームとエピゲノムの両方が変動することが必須であるが、細胞運命転換過程におけるエピゲノムの動態や、トランスクリプトームとエピゲノムがどのように相互作用しながら細胞の運命転換を駆動しているのかについてはよくわかっていなかった。本研究では、ヒメツリガネゴケの幹細胞化を細胞の運命転換のモデルとしてトランスクリプトームとエピゲノムの動態や相互作用をシングルセルレベルで解明したもので、今後の細胞運命転換研究の基盤となるものである。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 7件、 招待講演 12件) 備考 (8件)

  • [国際共同研究] University of Freiburg/Helmholtz Center Munich(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Freiburg(Germany)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Digital holographic multimodal cross-sectional fluorescence and quantitative phase imaging system2020

    • 著者名/発表者名
      Kumar M, Quan X, Awatsuji Y, Tamada Y, Matoba O
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 7580-7580

    • DOI

      10.1038/s41598-020-64028-x

    • NAID

      120006882492

    • 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] Common-path multimodal three-dimensional fluorescence and phase imaging system2020

    • 著者名/発表者名
      Kumar M, Quan X, Awatsuji Y, Cheng C, Hasebe M, Tamada Y, Matoba O
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Optics

      巻: 25 号: 03 ページ: 032010-032010

    • DOI

      10.1117/1.jbo.25.3.032010

    • NAID

      120007017120

    • 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] オプトジェネティクス応用のためのホログラフィック顕微鏡2020

    • 著者名/発表者名
      的場 修、全 香玉、Manoj Kumar、Sudheesh K. Rajput、粟辻 安浩、玉田 洋介、森田 光洋
    • 雑誌名

      光学

      巻: 49 ページ: 113-120

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complex amplitude mapping based on adaptive autofocusing algorithm2019

    • 著者名/発表者名
      Komuro K, Oe K, Tamada Y, Nomura T
    • 雑誌名

      Optical Review

      巻: 26 号: 3 ページ: 342-348

    • DOI

      10.1007/s10043-019-00507-5

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 空間光変調器を用いた生細胞イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      玉田 洋介、小倉 裕介、亀井 保博、服部 雅之
    • 雑誌名

      フォトニクスニュース

      巻: 5 ページ: 188-192

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-cell transcriptome analysis of Physcomitrella leaf cells during reprogramming using microcapillary manipulation2019

    • 著者名/発表者名
      Minoru Kubo, Tomoaki Nishiyama, Yosuke Tamada, Ryosuke Sano, Masaki Ishikawa, Takashi Murata, Akihiro Imai, Daniel Lang, Taku Demura, Ralf Reski, Mitsuyasu Hasebe
    • 雑誌名

      Nucleic Acid Research

      巻: in press 号: 9 ページ: 4539-4553

    • DOI

      10.1093/nar/gkz181

    • 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
  • [雑誌論文] Contrast enhancement by oblique illumination microscopy with an LED array2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sugimoto, Ryoji Maruyama, Yosuke Tamada, Hidenobu Arimoto, Wataru Watanabe
    • 雑誌名

      Optik

      巻: 183 ページ: 92-98

    • DOI

      10.1016/j.ijleo.2019.02.068

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 補償光学:生物の深部を生きたまま観察2019

    • 著者名/発表者名
      玉田 洋介、服部 雅之
    • 雑誌名

      アグリバイオ

      巻: 3 ページ: 166-171

    • NAID

      40021843630

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Mobile-phone-based Rheinberg microscope with an LED array2018

    • 著者名/発表者名
      Yuma Ogasawara, Ryo Sugimoto, Ryoji Maruyama, Hidenobu Arimoto, Yosuke Tamada, Wataru Watanabe
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Optics

      巻: 24 号: 03 ページ: 031007-031007

    • DOI

      10.1117/1.jbo.24.3.031007

    • 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
  • [雑誌論文] Physcomitrella MADS-box genes regulate water supply and sperm movement for fertilization2018

    • 著者名/発表者名
      Koshimizu Shizuka、Kofuji Rumiko、Sasaki-Sekimoto Yuko、Kikkawa Masahide、Shimojima Mie、Ohta Hiroyuki、Shigenobu Shuji、Kabeya Yukiko、Hiwatashi Yuji、Tamada Yosuke、Murata Takashi、Hasebe Mitsuyasu
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 4 号: 1 ページ: 36-45

    • DOI

      10.1038/s41477-017-0082-9

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Differential sensing technique for correlation-based adaptive optics2020

    • 著者名/発表者名
      1.Kikuchi H, Honma Y, Miura N, Shibuya T, Tamada Y, Matsuda A, Hattori M
    • 学会等名
      SPIE BiOS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バイオイメージングが革新する生物学研究2019

    • 著者名/発表者名
      玉田洋介
    • 学会等名
      板橋オプトフォーラム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] イメージングが革新する生物学2019

    • 著者名/発表者名
      玉田洋介
    • 学会等名
      第10回ディジタルオプティクス研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Imaging toward understanding the strong ability of stem-cell formation in plants2019

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Tamada
    • 学会等名
      International Workshop on Bioimaging 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optical modeling of living cells towards the live-cell imaging with higher-order adaptive optics2019

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Tamada, Noriaki Miura, Masayuki Hattori
    • 学会等名
      The 66th NIBB Conference / ABiS International Symposium “Cutting Edge Techniques of Bioimaging”
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of microscopic adaptive optics using image correlation2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Honma, Noriaki Miura, Hayao Kikuchi, Masayuki Hattori, Yosuke Tamada, Atsushi Matsuda
    • 学会等名
      SPIE BiOS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] イメージングで解明する植物の高い幹細胞化・再生能力2019

    • 著者名/発表者名
      玉田 洋介
    • 学会等名
      神戸大学極みプロジェクト キックオフシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Lateral spatial resolution improvement in laser scanning fluorescence microscopy using a subdiffraction limit optical spot2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nishimura, Daiki Shinkawa, Yusuke Ogura, Yosuke Tamada, Jun Tanida
    • 学会等名
      The 4th Biomedical Imaging and Sensing Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 微小高速波面変動計測手法の開発とプラズマ揺動計測への適用2018

    • 著者名/発表者名
      秋山毅志、服部雅之、早野裕、玉田洋介、稲垣繁
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会Optics & Photonics Japan 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 生細胞における光の乱れのモデリングとその補正による深部イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      玉田 洋介
    • 学会等名
      東京理科大学イメージングフロンティアセンター講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞の運命を変えるクロマチン制御機構2018

    • 著者名/発表者名
      玉田 洋介
    • 学会等名
      甲南生物学セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生細胞の光学モデリングと補償光学による深部生細胞イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      玉田 洋介
    • 学会等名
      第12回新画像システム・情報フォトニクス研究討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Histone H3.3 chaperone HIRA is involved in transcription repression by H3K27me3 and cell-fate transition in the moss Physcomitrella patens2018

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Tamada, Chaoyang Cheng, Yukiko Kabeya, Mitsuyasu Hasebe
    • 学会等名
      NCU Global Young Investigator Forum 2018 on "Regulatory Mechanisms of Epigenetic Information and Their Clinical Applications"
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Epigenome analysis during the cell-fate transition in the moss Physcomitrella patens2017

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Tamada
    • 学会等名
      17th Biological Sciences Seminar at Tokyo Metropolitan University
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Role of the histone variant in cell-fate transition2017

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Tamada
    • 学会等名
      The plant epigenetics consortium in Japan - Second meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Histone variant H3.3 deposited by HIRA is required for H3K27me3 accumulation in gametophytes of the moss Physcomitrella patens2017

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Tamada, Chaoyang Cheng, Yukiko Kabeya, Mitsuyasu Hasebe
    • 学会等名
      The 65th NIBB Conference "Renaissance of Marchantia polymorpha ‐the genome and beyond‐"
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 多能性幹細胞化を制御するエピジェネティクス機構2017

    • 著者名/発表者名
      玉田 洋介
    • 学会等名
      平成29年度遺伝研研究会「エピジェネティクスの基盤となるクロマチン・細胞核の動的構造変換」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トランスクリプトーム・エピゲノム制御による細胞の運命転換2017

    • 著者名/発表者名
      玉田 洋介
    • 学会等名
      第8回高次クロマチン研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 動植物に保存された幹細胞化促進因子の機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      2,玉田 洋介、Chen Li、佐古 祐介、今井 章裕、佐藤 良勝、長谷部 光泰
    • 学会等名
      日本植物学会第81回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 宇都宮大学 地域創生科学研究科 光工学プログラム

    • URL

      https://www.utsunomiya-u.ac.jp/grdc/agricultural/light_engineering.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 宇都宮大学 工学部 物質環境化学コース

    • URL

      http://www.eng.utsunomiya-u.ac.jp/course/material-and-environmental-chemistry-course/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 日本光学会 研究グループ

    • URL

      http://myosj.or.jp/group/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
  • [備考] 植物科学の最前線(BSJ-Review)「生命科学の次なるパラダイムシフトに向かって」

    • URL

      https://bsj.or.jp/jpn/general/bsj-review-10th/BSJ-review_10th_Tamada.pdf

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 基礎生物学研究所 ウェブサイト(生物進化研究部門)

    • URL

      http://www.nibb.ac.jp/sections/evolutionary_biology_and_biodiversity/hasebe/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
  • [備考] 基礎生物学研究所 生物進化研究部門 ウェブサイト

    • URL

      http://www.nibb.ac.jp/evodevo/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
  • [備考] レーザー学会学術講演会第39回年次大会 プログラム委員

    • URL

      https://lsj-nenkai.net/comittiee/program_exective/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] The 5th Biomedical Imaging and Sensing Conference

    • URL

      https://spie.org/TSL/conferencedetails/biomedical-imaging-and-sensing-conference

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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