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画像処理・機械学習・1細胞オミックス技術の統合による細胞表現型定量解析技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K19312
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

阿部 訓也  国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, チームリーダー (40240915)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード画像処理・機械学習 / 1細胞遺伝子発現解析 / iPS細胞 / ゲノム再プログラム化 / 画像処理 / 機械学習 / 細胞状態 / 再プログラム化 / シングルセル解析 / 細胞表現型 / ヒトiPS細胞 / 定量解析 / シングルセル / ヒトiPS
研究成果の概要

本研究では普及したデバイスである通常の顕微鏡画像を元として、画像解析と機械学習を組み合わせ、細胞集団中の各種細胞タイプ、細胞状態の検出、判別、定量を簡便に、かつ高精度で行う技術の確立を行ない、1細胞レベルの網羅的遺伝子発現解析と組み合わせることで、「細胞の表現型」を定量的に記述する技術の確立を行なった。この技術をiPS細胞の形成過程の解析に適用し、ゲノム再プログラム化の初期過程に関する新規な知見を得ることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本申請では、モデル実験として、iPS細胞について述べたが、iPS形成過程の再プログラム化現象を1細胞レベルで詳細に解析した例は国内外に無く、それ自身非常に科学的価値の高い知見が得られる可能性がある。この技術を元にした細胞診断システムができれば、iPS細胞にとどまらず、幹細胞およびその分化細胞の診断や、すべての細胞リソースの標準化、品質管理に資することとなり、細胞画像取得、画像解析プログラム、データベース構築・運用、細胞リソース提供などをパッケージ化し、実用化していくことも可能と思われる。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2022 2021 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 7件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] 台湾 中原大学(その他の国・地域)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Human iPS cell-derived cartilaginous tissue spatially and functionally replaces nucleus pulposus2022

    • 著者名/発表者名
      Kamatani Takashi、Hagizawa Hiroki、Yarimitsu Seido、Morioka Miho、Koyamatsu Saeko、Sugimoto Michihiko、Kodama Joe、Yamane Junko、Ishiguro Hiroyuki、Shichino Shigeyuki、Abe Kuniya、Fujibuchi Wataru、Fujie Hiromichi、Kaito Takashi、Tsumaki Noriyuki
    • 雑誌名

      Biomaterials

      巻: 284 ページ: 121491-121491

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2022.121491

    • 関連する報告書
      2021 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] High Resolution U-Net for Quantitatively Analyzing Early Spatial Patterning of Human Induced Pluripotent Stem Cells on Micropatterns2021

    • 著者名/発表者名
      Chu Slo-Li、Abe Kuniya、Yokota Hideo、Cho Dooseon、Chen Yuan-Hao、Tsai Ming-Dar
    • 雑誌名

      Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2021

      巻: - ページ: 3713-3716

    • DOI

      10.1109/embc46164.2021.9630956

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization and quantitative analyses for mouse embryonic stem cell tracking by manipulating hierarchical data structures using time-lapse confocal microscopy images2021

    • 著者名/発表者名
      Yokota Hideo、Abe Kuniya、Chang Yuan-Hsiang、Cho Dooseon、Tsai Ming- Dar、Huang Pin-Han
    • 雑誌名

      Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2021

      巻: - ページ: 2944-2947

    • DOI

      10.1109/embc46164.2021.9629490

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automatic three-dimensional segmentation of mouse embryonic stem cell nuclei by utilising multiple channels of confocal fluorescence images2021

    • 著者名/発表者名
      Chang YH , Yokota H, Abe K, Tsai MD, Chu SL
    • 雑誌名

      J Microsc

      巻: 281 号: 1 ページ: 57-75

    • DOI

      10.1111/jmi.12949

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Epigenetic effects of insecticides on early differentiation of mouse embryonic stem cells.2021

    • 著者名/発表者名
      Wang W, Ito T, Otsuka S, Nansai H, Abe K, Nakao Y, Ohgane J, Yoneda M, Sone H.
    • 雑誌名

      Toxicol In Vitro

      巻: 15 ページ: 105174-105174

    • DOI

      10.1016/j.tiv.2021.105174

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] House mouse Mus musculus dispersal in East Eurasia inferred from 98 newly determined complete mitochondrial genome sequences.2021

    • 著者名/発表者名
      Li Y, Fujiwara K, Osada N, Kawai Y, Takada T, Kryukov AP, Abe K, Yonekawa H, Shiroishi T, Moriwaki K, Saitou N, Suzuki H
    • 雑誌名

      Heredity

      巻: 126 号: 1 ページ: 132-147

    • DOI

      10.1038/s41437-020-00364-y

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Human induced pluripotent stem cell region detection in bright-field microscopy images using convolutional neural networks2019

    • 著者名/発表者名
      Chang Y-H, Abe K, Yokota H, Sudo K, Nakamura Y, Tsai M-D
    • 雑誌名

      Biomedical Engineering: applications, basis and communications

      巻: 31 号: 02 ページ: 1950009-1950009

    • DOI

      10.4015/s1016237219500091

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] WNT inhibition and increased FGF signaling promotes derivation of less heterogeneous primed human embryonic stem cells, compatible with differentiation2019

    • 著者名/発表者名
      Taelman J, Popovic M, Bialecka M, Tilleman L, Warrier S, Van Der Jeught M, Menten B, Deforce D, Sutter P DE, Nieuwerburgh V, Abe K, Heindryckx B, Chuva de Sausa Lopes SM
    • 雑誌名

      Stem Cells and Development

      巻: in press 号: 9 ページ: 579-592

    • DOI

      10.1089/scd.2018.0199

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Xist/Tsix expression dynamics during mouse peri-implantation development revealed by whole-mount 3D RNA-FISH2019

    • 著者名/発表者名
      Shiura H, Abe K.
    • 雑誌名

      Sci Rep.

      巻: 9 号: 1 ページ: 3637-3637

    • DOI

      10.1038/s41598-019-38807-0

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cell Type-Specific Survey of Epigenetic Modifications by Tandem Chromatin Immunoprecipitation Sequencing2018

    • 著者名/発表者名
      Mito Mari、Kadota Mitsutaka、Tanaka Kaori、Furuta Yasuhide、Abe Kuniya、Iwasaki Shintaro、Nakagawa Shinichi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 1143-1143

    • DOI

      10.1038/s41598-018-19494-9

    • NAID

      120006398777

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A simplified and efficient protocol for derivation and maintenance of high-quality mouse primed pluripotent stem cells using Wnt inhibition2018

    • 著者名/発表者名
      Kondo M, Sugimoto M, Abe K.
    • 雑誌名

      Curr Protoc Stem Cell Biol.

      巻: 46 号: 1

    • DOI

      10.1002/cpsc.60

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Female mice lacking Ftx lncRNA exhibit impaired X-chromosome inactivation and a microphthalmia-like phenotype.2018

    • 著者名/発表者名
      Hosoi Y, Soma M, Shiura H, Sado T, Hasuwa H, Abe K, Kohda T, Ishino F, Kobayashi S
    • 雑誌名

      Nat Commun

      巻: 9(1) 号: 1 ページ: 4618-4618

    • DOI

      10.1038/s41467-018-06327-6

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] RNA-FISH and Immunofluorescence of Mouse Preimplantation and Postimplantation Embryos2018

    • 著者名/発表者名
      Shiura H, Sakata, Abe K, Sado T.
    • 雑誌名

      Methods Mol Biol.

      巻: 1861 ページ: 161-176

    • DOI

      10.1007/978-1-4939-8766-5_13

    • ISBN
      9781493987658, 9781493987665
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SCPortalen: human and mouse single-cell centric database2017

    • 著者名/発表者名
      Abugessaisa Imad、Noguchi Shuhei、Bottcher Michael、Hasegawa Akira、Kouno Tsukasa、Kato Sachi、Tada Yuhki、Ura Hiroki、Abe Kuniya、Shin Jay W、Plessy Charles、Carninci Piero、Kasukawa Takeya
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 46 号: D1 ページ: D781-D787

    • DOI

      10.1093/nar/gkx949

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Locus coeruleus input to hippocampal CA3 drives single-trial learning of a novel context2017

    • 著者名/発表者名
      Wagatsuma Akiko、Okuyama Teruhiro、Sun Chen、Smith Lillian M.、Abe Kuniya、Tonegawa Susumu
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 115 号: 2 ページ: 2-2

    • DOI

      10.1073/pnas.1714082115

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Single cell transcriptome analyses reveal novel intermediate pluripotent states during transition from naive to primed pluripotent stem cells2019

    • 著者名/発表者名
      Tada Y, Bottcher M, Kondo M, Ura H, Carninci P, Carninci P, Abe K
    • 学会等名
      EMBO Workshop Single Cell Biology
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マウス初期発生過程におけるGARP complexの役割2019

    • 著者名/発表者名
      杉本道彦、阿部訓也
    • 学会等名
      2019年度モロシヌス研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 着床前後のマウス胚におけるトランスクリプトーム動態解析とDNAメチル化の役割 Transcriptome dynamics and DNA methylation in mouse peri-implantation embryos2019

    • 著者名/発表者名
      田夛祐喜、志浦寛相、阿部訓也
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Molecular characterizations of developing male germ cells and GS cell lines by single cell transcriptome analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Kuniya Abe
    • 学会等名
      The 4th URICAS Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ectopic expression of Ctcfl/Boris in multipotent mouse embryoid body affects the embryonic differentiation program in vitro2019

    • 著者名/発表者名
      Maisarah Ab Samad, Shinnosuke Suzuki, Kuniya Abe, Daruliza Kernain Mohd Azman, Shaharum Shamsuddin
    • 学会等名
      International Congress on ageing
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] シングルセルRNA-Seq解析によるナイーブ型からプライム型への多能性幹細胞の変換過程における転写動態の解明2018

    • 著者名/発表者名
      田夛祐喜、浦大樹、Michael Boettcher、鈴木伸之介、Piero Carninci、阿部訓也
    • 学会等名
      日本遺伝学会第90回大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] シングルセルRNA-Seqを用いたオスES細胞プライム化過程における遺伝子発現動態解析2018

    • 著者名/発表者名
      田夛祐喜、阿部訓也
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [産業財産権] 細胞の標識方法2022

    • 発明者名
      杉本道彦、阿部訓也
    • 権利者名
      理化学研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-016576
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2018-07-25   更新日: 2023-01-30  

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