非コードRNA遺伝子をゲノムワイドに発見する汎用システム

• 研究課題/領域番号: 18H04127
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分62:応用情報学およびその関連分野
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 榊原 康文 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10287427)
• 研究分担者: 佐々木 えりか 公益財団法人実験動物中央研究所, マーモセット医学生物学研究部, 部長 (70390739) ; 星野 敦 基礎生物学研究所, 分野横断研究ユニット, 助教 (80312205)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 43,810千円 (直接経費: 33,700千円、間接経費: 10,110千円); 2022年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2021年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2020年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2019年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2018年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
• キーワード: 非コードRNA / バイオインフォマティクス / 深層学習 / 遺伝子発現 / マーモセット / アサガオ / 遺伝子発見 / 腸内細菌叢

研究成果の概要

生物の全遺伝情報が書かれた生物の設計図であるゲノムの中で，タンパク質には翻訳されないが転写されて機能を発揮する非コードRNA遺伝子の解析のために，深層学習モデルに基づいたバイオインフォマティクス手法を開発した．配列の分類とクラスタリングに関して，既存の手法よりも優れた精度を達成した．マーモセット消化管のメタトランスクリプトーム解析を実施して盲腸，横行結腸，糞便間における細菌叢の遺伝子発現量の変化を明らかにした．さらに，アサガオの花弁での遺伝子発現データベースを構築した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

マイクロRNAを初めとする非コードRNA遺伝子の発見とその発現解析は，がんや発生などあらゆる分子生物学の課題で重要である．本研究で開発した手法は，ゲノム配列から非コードRNA遺伝子を網羅的かつ高精度に発見する課題の解決に向けて大きな前進となった．そして，生物医学分野の研究におけるモデル動物マーモセットおよびモデル植物のアサガオのトランスクリプトーム解析のための最適なプロトコルを構築した．

研究成果

• [雑誌論文] Genome-Wide Analysis of Aquaporins in Japanese Morning Glory (Ipomoea nil) (2023)
  • 著者名/発表者名: Inden Tamami、Hoshino Atsushi、Otagaki Shungo、Matsumoto Shogo、Shiratake Katsuhiro
  • 雑誌名: Plants 巻: 12 号: 7 ページ: 1511-1511
  • DOI: 10.3390/plants12071511
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intraintestinal Analysis of the Functional Activity of Microbiomes and Its Application to the Common Marmoset Intestine (2022)
  • 著者名/発表者名: Uehara Mika、Inoue Takashi、Kominato Minori、Hase Sumitaka、Sasaki Erika、Toyoda Atsushi、Sakakibara Yasubumi
  • 雑誌名: mSystems 巻: 7 号: 5
  • DOI: 10.1128/msystems.00520-22
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide analysis of R2R3-MYB transcription factors in Japanese morning glory (2022)
  • 著者名/発表者名: Komatsuzaki Ayane、Hoshino Atsushi、Otagaki Shungo、Matsumoto Shogo、Shiratake Katsuhiro
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 17 号: 10 ページ: e0271012-e0271012
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0271012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Informative RNA base embedding for RNA structural alignment and clustering by deep representation learning (2022)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Manato、Sakakibara Yasubumi
  • 雑誌名: NAR Genomics and Bioinformatics 巻: 4 号: 1
  • DOI: 10.1093/nargab/lqac012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genomic style: yet another deep-learning approach to characterize bacterial genome sequences (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura Yuka、Hamada Akifumi、Augey Yohann、Akiyama Manato、Sakakibara Yasubumi
  • 雑誌名: Bioinformatics Advances 巻: 1 号: 1
  • DOI: 10.1093/bioadv/vbab039
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chromosomal-scale de novo genome assemblies of Cynomolgus Macaque and Common Marmoset (2021)
  • 著者名/発表者名: Jayakumar Vasanthan、Nishimura Osamu、Kadota Mitsutaka、Hirose Naoki、Sano Hiromi、Murakawa Yasuhiro、Yamamoto Yumiko、Nakaya Masataka、Tsukiyama Tomoyuki、Seita Yasunari、Nakamura Shinichiro、Kawai Jun、Sasaki Erika、Ema Masatsugu、Kuraku Shigehiro、Kawaji Hideya、Sakakibara Yasubumi
  • 雑誌名: Scientific Data 巻: 8 号: 1 ページ: 59-59
  • DOI: 10.1038/s41597-021-00935-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effectiveness of Create ML in microscopy image classifications: a simple and inexpensive deep learning pipeline for non-data scientists (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagaki Kiyotaka、Furuta Tomoyuki、Yamaji Naoki、Kuniyoshi Daichi、Ishihara Megumi、Kishima Yuji、Murata Minoru、Hoshino Atsushi、Takatsuka Hirotomo
  • 雑誌名: Chromosome Research 巻: 29 号: 3-4 ページ: 361-371
  • DOI: 10.1007/s10577-021-09676-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An improved de novo genome assembly of the common marmoset genome yields improved contiguity and increased mapping rates of sequence data (2020)
  • 著者名/発表者名: Jayakumar Vasanthan、Ishii Hiromi、Seki Misato、Kumita Wakako、Inoue Takashi、Hase Sumitaka、Sato Kengo、Okano Hideyuki、Sasaki Erika、Sakakibara Yasubumi
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 21 号: S3 ページ: 243-243
  • DOI: 10.1186/s12864-020-6657-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A conserved strategy of chalcone isomerase-like protein to rectify promiscuous chalcone synthase specificity (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Waki, A. Hoshino, et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 870-870
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14558-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Highly efficient induction of primate iPS cells by combining RNA transfection and chemical compounds (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Toshiaki、Yamazaki Shun、Yoneda Nao、Shinohara Haruka、Tomioka Ikuo、Higuchi Yuichiro、Yagoto Mika、Ema Masatsugu、Suemizu Hiroshi、Kawai Kenji、Sasaki Erika
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 24 号: 7 ページ: 473-484
  • DOI: 10.1111/gtc.12702
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of Yellow Flowers of the Japanese Morning Glory by Engineering Its Flavonoid Biosynthetic Pathway toward Aurones (2019)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Atsushi、Mizuno Takayuki、Shimizu Keiichi、Mori Shoko、Fukada-Tanaka Sachiko、Furukawa Kazuhiko、Ishiguro Kanako、Tanaka Yoshikazu、Iida Shigeru
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 8 ページ: 1871-1879
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz101
  • 査読あり
• [雑誌論文] バイオテクノロジーで幻の黄色いアサガオを再現する (2019)
  • 著者名/発表者名: 星野敦
  • 雑誌名: B&I（バイオサイエンス＆インダストリー） 巻: 77 ページ: 438-439
• [雑誌論文] フラボノイド代謝工学で咲いた幻の黄色いアサガオ (2019)
  • 著者名/発表者名: 星野敦
  • 雑誌名: B&I（バイオサイエンス＆インダストリー） 巻: 77 ページ: 464-465
• [雑誌論文] アサガオの多様な変異体リソースと高精度ゲノム情報 (2019)
  • 著者名/発表者名: 仁田坂英二，星野敦
  • 雑誌名: 植物科学の最前線 巻: 10 号: C ページ: 169-178
  • DOI: 10.24480/bsj-review.10c8.00168
  • ISSN: 2432-9819
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Anthocyanin mutants of Japanese and common morning glories exhibit normal proanthocyanidin accumulation in seed coats (2018)
  • 著者名/発表者名: K.I. Park, E. Nitasaka and A. Hoshino
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 35 号: 3 ページ: 259-266
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.18.0613a
  • NAID: 130007495560
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2018-09-25
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Convolutional neural networks for classification of alignments of non-coding RNA sequences (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoki Genta、Sakakibara Yasubumi
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 34 号: 13 ページ: i237-i244
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/bty228
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A max-margin training of RNA secondary structure prediction integrated with the thermodynamic model (2018)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Manato、Sato Kengo、Sakakibara Yasubumi
  • 雑誌名: Journal of Bioinformatics and Computational Biology 巻: 16 号: 06 ページ: 1840025-1840025
  • DOI: 10.1142/s0219720018400255
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] NBRPアサガオの変異体リソースのゲノム情報整備 (2023)
  • 著者名/発表者名: 星野敦、白澤健太、山田哲也、豊田敦、仁田坂英二
  • 学会等名: 第43回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 大規模リシーケンスによるアサガオの遺伝子変異の解析I (2022)
  • 著者名/発表者名: 星野敦、仁田坂英二、白澤健太、山田哲也
  • 学会等名: 第11回アサガオ研究集会
• [学会発表] アサガオ：ゲノム情報でキラリと光りはじめた日本独自のバイオリソース (2022)
  • 著者名/発表者名: 星野敦、白澤健太、仁田坂英二
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] アサガオの花弁周縁部に特異的な三重化した遺伝子のRNAサイレンシング (2022)
  • 著者名/発表者名: 中川颯也、朴慶一、森田裕将、飯田滋、星野敦
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] Genomic style: a deep-learning approach to characterize bacterial genome sequences (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuka Yoshimura, Akifumi Hamada, Yohann Augey, Manato Akiyama and Yasubumi Sakakibara
  • 学会等名: 2021年日本バイオインフォマティクス学会年会・ 第10回生命医薬情報学連合大会（IIBMP2021）
• [学会発表] アサガオの主要な変異原Tpnトランスポゾンの転移及び転移抑制機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 水成友紀、白澤健太、星野敦、仁田坂英二
  • 学会等名: 日本分子生物学会
• [学会発表] リシーケンスによるアサガオ100系統の多型と遺伝子変異の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 星野敦、白澤健太、仁田坂英二
  • 学会等名: 日本遺伝学会
• [学会発表] Development of meta-transcriptome analysis method and its application to meta-transcriptome map of common marmoset (2019)
  • 著者名/発表者名: Uehara M, Kominato M, Hase S, Inoue T, Sasaki E, Toyoda A, Sakakibara Y
  • 学会等名: Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB) / International Society for Computational Biology (ISCB) 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 慶應大学における医療へのＡＩ活用の現状と動向について (2019)
  • 著者名/発表者名: 榊原康文
  • 学会等名: 公益社団法人日本技術士会神奈川県支部 第80回CPD講座
  • 招待講演
• [学会発表] アサガオのエピジェネティクスによる模様形成と経世代伝達 (2019)
  • 著者名/発表者名: 星野敦
  • 学会等名: 日本進化学会第21回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of DNA methylation during marmoset germ cell development (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡部聡朗、藪上春香、井上貴史、峰重隆幸、圦本晃海、黒滝陽子、喜多善亮、下郡智美、川路英哉、蓑田亜希子、佐々木えりか
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] マーモセット胚の疑似着床後胚の培養法確立 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岸本恵子、Huaiyu Hu、佐々木えりか
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会
• [学会発表] Editing the Non-Human Primate Genome (2019)
  • 著者名/発表者名: Erika Sasaki
  • 学会等名: Soceity for the Study of Reproduction 52nd Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Long-read sequence data improves the contiguity of Marmoset genome (2019)
  • 著者名/発表者名: Vasanthan Jayakumar，Yasubumi Sakakibara
  • 学会等名: 第8回日本マーモセット研究会大会
• [学会発表] Development of Genetically Modified Non-Human Primate Disease Models (2019)
  • 著者名/発表者名: Erika Sasaki
  • 学会等名: Keystone Symposia Conference/ Genome Engineering: From Mechanisms to Therapies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development Non-human Primate Disease models by Genetic Engineering (2019)
  • 著者名/発表者名: Erika Sasaki
  • 学会等名: 2nd Internatioal Primate Neuroscience Research Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マーモセットにおける遺伝子改変モデルの展望 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木えりか
  • 学会等名: 第8回日本マーモセット研究会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Nonhuman Primate models for Translational Science (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木えりか
  • 学会等名: Translational and Regulatory Sciences Symposium
  • 招待講演
• [学会発表] アサガオの刷毛目絞を司るエピジェネティックな遺伝子発現御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 星野敦, 森田裕将, 長岐清孝
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] アサガオの刷毛目絞とエピゲノム解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 星野敦, 森田裕将, 長岐清孝
  • 学会等名: 第10回アサガオ研究集会
• [学会発表] アサガオの葉における翼片形成に関わる遺伝子の解析2 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡本歩, 星野敦, 福多賢太郎, 野口英樹, 田中啓介, 乗越亮, 清水圭一, 仁田坂英二
  • 学会等名: 第10回アサガオ研究集会
• [学会発表] アサガオSCPL型アシル化酵素遺伝子とアントシアニン色素合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森田裕将, 三嶋麻友, 渡邊良介, 仁田坂英二, 飯田滋, 星野敦
  • 学会等名: 第10回アサガオ研究集会
• [学会発表] Creating neuronal disease models using genome editing (2018)
  • 著者名/発表者名: Erika Sasaki
  • 学会等名: 22nd Biennial Meeting of the International Society for Developmental Neuroscience
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Current state of marmoset population in Japan and exchange of the marmoset genome resources (2018)
  • 著者名/発表者名: Erika Sasaki
  • 学会等名: ILAR roundtable “Care, Use and Welfare of Marmosets as Animal Models for Gene Editing-based Biomedical Research”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Generating genetically modified model marmoset (2018)
  • 著者名/発表者名: Erika Sasaki
  • 学会等名: ILAR roundtable “Care, Use and Welfare of Marmosets as Animal Models for Gene Editing-based Biomedical Research”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 小型非ヒト霊長類マーモセットモデルと遺伝子改変技術 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐々木えりか
  • 学会等名: 関西実験動物研究会第139回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Enhancer of Flavonoid Productionによるカルコン合成酵素の生成物特異性制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 和氣駿之，大豆田亮，中野拓也，山田彩友美，寺下美穂，宇野海地，森田裕将，榊原圭子，星野敦，高橋征司，中山亨
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度北海道支部・東北支部合同支部大会
• [学会発表] アサガオの多様な変異体リソースと高精度ゲノム情報 (2018)
  • 著者名/発表者名: 仁田坂英二，星野敦
  • 学会等名: 植物学会第82回大会
• [学会発表] アサガオにおける葉の翼片形成に関与する丸葉遺伝子の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡本歩，星野敦, 福多賢太郎, 野口英樹, 田中啓介, 乗越亮, 仁田坂 英二
  • 学会等名: 三学会合同宮崎大会2018，日本動物学会九州支部（第71回），九州沖縄植物学会（第68回），日本生態学会九州地区（第63回)
• [学会発表] Convolutional neural networks for classification of alignments of non-coding RNA sequences (2018)
  • 著者名/発表者名: Genta Aoki and Yasubumi Sakakibara
  • 学会等名: The 26th International conference on Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB2018)
  • 国際学会
• [図書] 完全版 ゲノム編集実験スタンダード (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本 卓、佐久間 哲史
  • 総ページ数: 386
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758122443
• [図書] The 3-Dimensional Atlas of the Marmoset Brain: Reconstructible in Stereotaxic Coordinates (Brain Science) (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Iriki, Hirotaka James Okano, Erika Sasaki, Hideyuki Okano（編集）
  • 総ページ数: 388
  • 出版者: Springer Japan社
  • ISBN: 9784431566106
• [図書] 医療応用をめざすゲノム編集 最新動向から技術・倫理的課題まで (DOJIN BIOSCIENCE SERIES). 11章:ゲノム編集による疾患モデルマーモセット(佐藤賢哉, 佐々木えりか著) (2018)
  • 著者名/発表者名: 真下 知士 (編集), 金田 安史 (編集)
  • 総ページ数: 274
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759817294
• [図書] マーモセットラボマニュアル はじめての取扱いから研究最前線まで (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐々木えりか監修、井上貴史・黒滝陽子・三木理雅編集
  • 総ページ数: 207
  • 出版者: アドスリー社
  • ISBN: 9784904419786
• [図書] The Common Marmoset in Captivity and Biomedical Research. Chapter 20:Creating Genetically Modified Marmosets.(Erika Sasaki著) (2018)
  • 著者名/発表者名: Robert P. Marini (編集), Lynn M. Wachtman (編集), Suzette D. Tardif (編集), Keith Mansfield (編集), James G. Fox (編集)
  • 総ページ数: 570
  • 出版者: Academic Press
  • ISBN: 9780128118290