シングルアリル解析による転写シグナルのデジタル化及びインシリコ発生システムの構築

• 研究課題/領域番号: 17KT0108
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 特設分野
• 研究分野: 構成的システム生物学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 渡辺 亮 京都大学, 医学研究科, 研究員 (60506765)
• 研究期間 (年度): 2017-07-18 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: シングルセル / 遺伝子発現解析 / アリル特異的発現 / iPS細胞 / シングルセル遺伝子発現解析 / RNA-seq / 遺伝子 / 発現制御 / 発生・分化 / ゲノム

研究成果の概要

転写は、細胞運命を規定する重要なメカニズムである。本研究では、シングルセルRNAシークエンスのデータを用いて転写の最小単位である１アリルレベルで遺伝子発現解析を行い、細胞集団を対象とした従来法で観察できなかった現象に迫ることを目的とした。X染色体上のアリル特異的遺伝子発現を解析した結果、多能性幹細胞における分化度の詳細を示した。さらには、神経疾患特異的なゲノム変異を対象としたシングルアリル特異的解析によって、疾患の原因遺伝子の発現制御が細胞ごとに異なっていることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、転写の最小の構成単位であるアリルレベルでの解析方法を提供した。従来の細胞集団を対象とした遺伝子発現解析ではできなかったX染色体のアリル転写制御を解析したことで、多能性幹細胞における分化能を判定することが可能となった。また、疾患モデル細胞における変異アリルから転写される遺伝子の解析では、疾患細胞の不均質性が示された。これらの結果は、シングルアリルレベルでの転写解析が細胞運命の理解や疾患の発症の基本原理の理解へとつながる可能性を示している。

研究成果

• [雑誌論文] A Modular Differentiation System Maps Multiple Human Kidney Lineages from Pluripotent Stem Cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsujimoto H, Kasahara T, Sueta SI, Araoka T, Sakamoto S, Okada C, Mae SI, Nakajima T, Okamoto N, Taura D, Nasu M, Shimizu T, Ryosaka M, Li Z, Sone M, Ikeya M, Watanabe A, Osafune K.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 31 号: 1 ページ: 107476-107476
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.03.040
  • NAID: 120006823939
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 日常化するシングルセル遺伝子発現解析が展開する医学研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 坂本智子, 渡辺 亮
  • 雑誌名: 遺伝子医学 巻: 9 ページ: 116-121
  • NAID: 40022087132
• [雑誌論文] 医学・生物学研究に実装されるシングルセルゲノミクス (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 亮
  • 雑誌名: 実験医学別冊「シングルセルゲノミクス」 巻: 37 ページ: 20-22
• [雑誌論文] 単細胞レベルでの膵内分泌細胞の不均一性と機能解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 龍岡久登，坂本智子，渡辺 亮，稲垣暢也
  • 雑誌名: 実験医学別冊「シングルセルゲノミクス」 巻: 37 ページ: 68-73
• [雑誌論文] 今村恵子，渡辺 亮，井上治久 (2019)
  • 著者名/発表者名: iPS細胞のシングルセル遺伝子発現解析
  • 雑誌名: 実験医学別冊「シングルセルゲノミクス」 巻: 37 ページ: 145-148
• [雑誌論文] Induced Pluripotent Stem Cells and Their Use in Human Models of Disease and Development. (2019)
  • 著者名/発表者名: Karagiannis P, Takahashi K, Saito M, Yoshida Y, Okita K, Watanabe A, Inoue H, Yamashita JK, Todani M, Nakagawa M, Osawa M, Yashiro Y, Yamanaka S, Osafune K.
  • 雑誌名: Physiol Rev 巻: 99 号: 1 ページ: 78-114
  • DOI: 10.1152/physrev.00039.2017
  • 査読あり
• [雑誌論文] シングルセルゲノミクスによる細胞個性の解析が展開する免疫学研究. (2019)
  • 著者名/発表者名: 坂本智子、渡辺亮
  • 雑誌名: 臨床免疫・アレルギー科, 巻: 71 ページ: 448-454
  • NAID: 40021866266
• [雑誌論文] Enhancing T cell Receptor Stability in Rejuvenated iPSC-derived T cells improves their use in cancer immunotherapy (2018)
  • 著者名/発表者名: Minagawa A, Yoshikawa T, Yasukawa M, Hotta A, Kunitomo M, Iriguchi S, Takiguchi M, Kassai Y, Imai E, Yasui Y, Kawai Y, Zhang R, Uemura Y, Miyoshi H, Nakanishi M, Watanabe A, Hayashi A, Kawana K, Fujii T, Nakatsura T, Kaneko S
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 23 号: 6 ページ: 850-858
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.10.005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Integration Capacity of Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cartilage. (2018)
  • 著者名/発表者名: Chen X, Yamashita A, Morioka M, Senba T, Kamatani T, Watanabe A, Kosai A, Tsumaki N.
  • 雑誌名: Tissue Eng Part A, 巻: 25 号: 5-6 ページ: 437-445
  • DOI: 10.1089/ten.tea.2018.0133
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of HIV-Resistant Macrophages from IPSCs by Using Transcriptional Gene Silencing and Promoter-Targeted RNA. (2018)
  • 著者名/発表者名: Higaki K, Hirao M, Kawana-Tachikawa A, Iriguchi S, Kumagai A, Ueda N, Bo W, Kamibayashi S, Watanabe A, Nakauchi H, Suzuki K, Kaneko S.
  • 雑誌名: Mol Ther Nucleic Acids 巻: 12 ページ: 723-804
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2018.07.017
  • NAID: 120006649570
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of TCR-Expressing Innate Lymphoid-like Helper Cells that Induce Cytotoxic T Cell-Mediated Anti-leukemic Cell Response. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueda N, Uemura Y, Zhang R, Kitayama S, Iriguchi S, Kawai Y, Yasui Y, Tatsumi M, Ueda T, Liu TY, Mizoro Y, Okada C, Watanabe A, Nakanishi M, Senju S, Nishimura Y, Kuzushima K, Kiyoi H, Naoe T, Kaneko S
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 10 号: 6 ページ: 1935-1946
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2018.04.025
  • NAID: 120006473765
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MYC Releases Early Reprogrammed Human Cells from Proliferation Pause via Retinoblastoma Protein Inhibition. (2018)
  • 著者名/発表者名: Rand TA, Sutou K, Tanabe K, Jeong D, Nomura M, Kitaoka F, Tomoda E, Narita M, Nakamura M, Nakamura M, Watanabe A, Rulifson E, Yamanaka S, Takahashi K.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 23 号: 2 ページ: 361-375
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.03.057
  • NAID: 120006463741
  • 査読あり
• [雑誌論文] 細胞運命決定機構を明らかにするシングルセル遺伝子発現解析. (2018)
  • 著者名/発表者名: 坂本智子、前伸一、長船健二、岡田千尋、樺井良太朗、渡辺亮.
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 153 ページ: 61-66
  • NAID: 130007595895
• [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: 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
• [学会発表] システムズシングルセルオミックスで迫る細胞運命と医療への展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 亮
  • 学会等名: 第83回 生化学会中部支部 例会・シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] シングルセルゲノミクスで実践する医学研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 亮
  • 学会等名: 第78回 日本癌学会 学術総会
• [学会発表] エピジェネティクスが解き明かすがんと発生 (2019)
  • 著者名/発表者名: 第13回エピジェネティクス研究会年会
  • 学会等名: 第13回エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] Epigenetic Landscape in Multi-step Leukemogenesis in Down Syndrome. (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira Watanabe
  • 学会等名: International Symposium on Epigenome 2019
  • 国際学会
• [学会発表] シングルセル遺伝子発現解析が変える生命科学. (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺亮
  • 学会等名: 第41回 分子生物学会 年会
• [学会発表] Epigenetic Dysregulation is a Key Signature in Multi-step Leukemogenesis in Down Syndrome. (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira Watanabe
  • 学会等名: 第80回 日本血液学会 学術総会.
• [学会発表] 腫瘍学及び再生医療に応用されるシングルセルマルチオミックス (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺亮
  • 学会等名: 第77回 日本癌学会 学術総会.
  • 招待講演
• [学会発表] シングルセル遺伝子発現解析で迫る細胞運命決定機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺亮
  • 学会等名: 生命医薬情報学連合大会2018.
  • 招待講演
• [学会発表] 膵臓の再生を明らかにするシングルセル遺伝子発現及びマルチオミックス解析. (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺亮
  • 学会等名: 第61回日本糖尿病学会 年次学術集会.
  • 招待講演
• [学会発表] Challenge to Regeneration of Hair Cells in the Cochlea Sensory Epithelia by Single Cell Transcriptomics. (2018)
  • 著者名/発表者名: 喜多 知子、坂本 智子、松永 麻美、長谷川 晶子、岡田 千尋、中川 隆之、渡辺 亮.
  • 学会等名: Challenge to Regeneration of Hair Cells in the Cochlea Sensory Epithelia by Single Cell Transcriptomics.第41回 分子生物学会 年会.
• [学会発表] 膵臓の再生を明らかにするシングルセル遺伝子発現解析. (2018)
  • 著者名/発表者名: 坂本 智子、龍岡 久登、矢部 大介、稲垣 暢也、渡辺 亮.
  • 学会等名: 第41回 分子生物学会 年会
• [図書] 実験医学増刊「シングルセルゲノミクス」 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 亮、鈴木 穣（編）
  • 総ページ数: 219
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758103831