生物画像の定量的解析のためのソフトウェアの開発

• 研究課題/領域番号: 18K06272
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44020:発生生物学関連
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究
• 研究代表者: 加藤 輝 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 特任助教 (30391915)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: 生物画像データ解析 / 生物画像解析 / 生物画像情報解析

研究成果の概要

近年，多次元画像化・大容量化した生物研究における観察画像から，生物学的に重要な特徴を効率よく抽出し測定する必要に迫られている．また，生物学領域全般では，観察対象の広さゆえに，多様な画像データが産生される．この現状に対処すべく生物画像データ解析に特化したソフトウェア開発を実施した．本ソフトウェア系は，画像中の生物学的特徴を幾何的な表現として簡潔に表現・記述を可能とする基盤であり，比較的小規模なプログラミングによって解析システムを構築することができる．この系を使用し，培養細胞系における細胞内小器官から魚類の自由泳動様式の解析に至るまで，広範な生物実験における定量的画像解析を実施した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は，生物学研究において産生される画像データについて，その観察技法の発展に伴う多次元化・高精細化と近年のデータ科学的方法論に基づく大量データの解析法の開発という要望に対応するべく，生物画像データ解析に特化したソフトウェア基盤であり，特殊な顕微鏡からビデオ撮影した動画に至るまでの多岐に渡る画像データを透過的に処理，定量的な解析までを行うことを可能とするものである．今後，本システムを適用することによって，広範な生物学実験における観察画像の定量的な解析を効率よく行う系を構築することが可能となる．

研究成果

• [雑誌論文] Live imaging of avian epiblast and anterior mesendoderm grafting reveals the complexity of cell dynamics during early brain development (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshihi Koya、Kato Kagayaki、Iida Hideaki、Teramoto Machiko、Kawamura Akihito、Watanabe Yusaku、Nunome Mitsuo、Nakano Mikiharu、Matsuda Yoichi、Sato Yuki、Mizuno Hidenobu、Iwasato Takuji、Ishii Yasuo、Kondoh Hisato
  • 雑誌名: Development 巻: 149 号: 6
  • DOI: 10.1242/dev.199999
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neuronal Circuits That Control Rhythmic Pectoral Fin Movements in Zebrafish (2020)
  • 著者名/発表者名: Uemura Yuto、Kato Kagayaki、Kawakami Koichi、Kimura Yukiko、Oda Yoichi、Higashijima Shin-ichi
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 40 号: 35 ページ: 6678-6690
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1484-20.2020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Marcksl1 modulates endothelial cell mechanoresponse to haemodynamic forces to control blood vessel shape and size (2020)
  • 著者名/発表者名: Kondrychyn Igor、Kelly Douglas J.、Carretero N?ria Taberner、Nomori Akane、Kato Kagayaki、Chong Jeronica、Nakajima Hiroyuki、Okuda Satoru、Mochizuki Naoki、Phng Li-Kun
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 5476-5493
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19308-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polar recruitment of RLD by LAZY1-like protein during gravity signaling in root branch angle control (2020)
  • 著者名/発表者名: Furutani Masahiko、Hirano Yoshinori、Nishimura Takeshi、Nakamura Moritaka、Taniguchi Masatoshi、Suzuki Kanako、Oshida Ryuichiro、Kondo Chiemi、Sun Song、Kato Kagayaki、Fukao Yoichiro、Hakoshima Toshio、Morita Miyo Terao
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1038/s41467-019-13729-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Endfoot regeneration restricts radial glial state and prevents translocation into the outer subventricular zone in early mammalian brain development (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujita Ikumi、Shitamukai Atsunori、Kusumoto Fumiya、Mase Shun、Suetsugu Taeko、Omori Ayaka、Kato Kagayaki、Abe Takaya、Shioi Go、Konno Daijiro、Matsuzaki Fumio
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 巻: 22 号: 1 ページ: 26-37
  • DOI: 10.1038/s41556-019-0436-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] イメージングデータ解析よろず相談所．大量画像解析のための自動化手法・応用編 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤輝
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 37 ページ: 2346-2353
• [雑誌論文] イメージングデータ解析よろず相談所．顕微観察画像の定量的情報解析とその落とし穴 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山宏史，加藤輝
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 37 ページ: 2772-2777
• [雑誌論文] Elasticity-based boosting of neuroepithelial nukleokinesis via indirect energy transfer from mother to daughter (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoyasu Shinoda, Arata Nagasaka, Yasuhiro Inoue, Ryo Higuchi, Yoshiaki Minami, Kagayaki Kato, Makoto Suzuki, Takefumi Kondo, Takumi Kawaue, Kanako Saito, Naoto Ueno, Yugo Fukazaawa, Masaharu Nagayama, Takashi Miura, Taiji Adachi, Takaki Miyata
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: 16 号: 4 ページ: 2004426-2004426
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.2004426
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solo and Keratin Filaments Regulate Epithelial Tubule Morphology (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Nishimura, Kagayaki Kato, Sachiko Fujiwara, Kazumasa Ohashi, Kensaku Mizuno
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 43 号: 1 ページ: 95-105
  • DOI: 10.1247/csf.18010
  • NAID: 130007383366
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生物画像処理・解析を加速するImageJマクロプログラミング (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤輝
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 36 ページ: 1513-1520
• [学会発表] 鳥類胚のライブイメージングが明らかにした、各脳領域の新しい前駆体マップと、脳形成を開始させる前部中内胚葉の作用 (2019)
  • 著者名/発表者名: Hisato Kondoh, Koya Yoshihi, Hideaki Iida, Machiko Teramoto, Kagayaki Kato
  • 学会等名: 第52回日本発生生物学会大会
• [学会発表] ニワトリ初期胚細胞の新しい標識法とライブイメージングによって明らかになった脳の発生の新しい機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 近藤 寿人, 吉氷 康矢, 寺元 万智子, 飯田 英明, 加藤 輝
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Ground stateにおけるマウスES細胞の不均一性の同定とその制御機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀江 恭二, 渡邊 仁美, 西村 陽介, 渡邊 日佳流, 関 真秀, 清田 晃央, 加藤 輝, 若本 祐一, 瀬々 潤, 鈴木 穣, 山田 拓司, 近藤 玄, 吉田 純子
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] PML bodyによる遺伝子転写制御メカニズムの解析～AP-CLaP法を用いて～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 栗原 美寿々、三宝 千秋、加藤 輝、重信 秀治、宮成 悠介
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Ground stateにおけるマウスES細胞の不均一性の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀江 恭二、渡邊 仁美、西村 陽介、渡邊 日佳流、関 真秀、清田 晃央、加藤 輝、若本 祐一、鈴木 穣、山田 拓司、近藤 玄、吉田 純子
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Live imaging of node graft and host cells to establish its role in head development (2018)
  • 著者名/発表者名: Koya Yoshihi, Kagayaki Kato, Hisato Kondoh
  • 学会等名: Joint Annual Meeting of 51st JSDB and 70th JSCB
• [学会発表] PCP factors are differentially involved in polarity establishment of ciliary orientation and cell elongation in the mouse oviduct. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Usami, Dongbo Shi, Kagayaki Kato, Toshihiko Fujimori
  • 学会等名: Joint Annual Meeting of 51st JSDB and 70th JSCB
• [学会発表] Elasticity-based boosting of neuroepithelial nucleokinesis via indirect energy transfer from mother to daughter (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoyasu Shinoda, Arata Nagasaka, Yasuhiro Inoue, Ryo Higuchi, Yoshiaki Minami, Kagayaki Kato, Makoto Suzuki, Takefumi kondo, Takumi Kawaue, Kanako Saito, Naoto Ueno, Yugo Fukazawa, Masaharu Nagayama, Takashi Miura, Taiji Adachi, Takaki Miyata
  • 学会等名: Joint Annual Meeting of 51st JSDB and 70th JSCB
• [図書] 達人に訊くバイオ画像取得と定量解析Q&A (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤 輝、小山 宏史
  • 総ページ数: 220
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758122504