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個体の表現型を支える細胞システム理解のためのレジストレーション手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19J13071
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分43060:システムゲノム科学関連
研究機関東京大学

研究代表者

真野 智之  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2019年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード組織透明化 / クラウドコンピューティング / システム生物学 / データベース / 脳レジストレーション / クラウド
研究開始時の研究の概要

本研究では、生体組織透明化技術による組織三次元イメージングを支援するためのデータ解析手法の開発・改良に取り組む。具体的には、異なる個体に由来する三次元組織を位置合わせする計算(レジストレーションと呼ぶ)のアルゴリズム改良に取り組み、より定量的に組織の比較を可能とするデータ解析手法を開発する。本研究では、point cloud(点群)と呼ばれるデータ形式を用いた非従来的なアプローチをとることで、細胞解像度での極めて高い精度を持った生体組織のレジストレーションの実現を目指す。これにより、生体組織透明化技術による組織三次元イメージングによる個体システム理解のための基礎となる解析手法の実現を目指す。

研究実績の概要

本研究では,組織透明化技術によって得られたマウス全脳イメージングデータをより精緻に解析するためのアルゴリズム・ソフトウェアの開発を進めている.前年度までの研究で,形状が微妙に異なる複数の脳を正確に位置合わせする計算(=レジストレーション)の手法を開発した.本手法は高い精度でマウス脳を位置合わせすることができるが,多大な計算資源を必要とし,実験で得られる数十個の脳を解析するには一般的な計算機環境では困難があった.そこで,本年度は,パブリッククラウドを活用することで簡便に大規模な全脳解析を実現することを目的とし,新たなプログラムの開発に着手した(CUBIC-Cloud と命名).CUBIC-Cloud では,計算機科学が専門でない生物学者・神経科学者でも全脳の解析が実施できるよう,直感的な Graphical User Interface (GUI) を提供している.CUBIC-Cloud を使うことで,研究者は多数のマウス脳のレジストレーションを行うだけでなく,結果を三次元のビューアーで可視化したり,定型的な定量化とグラフの作成をクラウド上で実施することができる.
さらに,CUBIC-Cloud の実用的応用として,100個以上のマウス全脳の様々な解析を実施した.そのひとつとして,マウスの発達における Parvalbumin (PV) 陽性神経細胞の発現変化を解析した.3週から2年までの10の発達段階におけるマウス脳を採取しCUBIC-Cloudを用いて解析を行った.これにより,初期の発達や老齢によってPVの発現が大きく変化する脳領域を特定することに成功した.
上記で述べた研究成果の一部をまとめた論文を Cell Reports Methods 誌に投稿し,査読を経たのち2021年4月15日付けで論文が受理された.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Whole-organ analysis of TGF-β-mediated remodelling of the tumour microenvironment by tissue clearing.2021

    • 著者名/発表者名
      Kubota SI, Takahashi K, Mano T, Matsumoto K, Katsumata T, Shi S, Tainaka K, Ueda HR, Ehata S, Miyazono K.
    • 雑誌名

      Commun. Biol.

      巻: 4 号: 1 ページ: 294-294

    • DOI

      10.1038/s42003-021-01786-y

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] CUBIC-Cloud: An Integrative Computational Framework Towards Community-driven Whole-Mouse-Brain Mapping2021

    • 著者名/発表者名
      Mano. T., Murata K., Kon K., Shimizu C., Ono H., Shi S., Yamada R.G., Miyamichi K., Susaki E.A., Touhara K. & Ueda H.R.
    • 雑誌名

      Cell Reports Methods

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Advanced CUBIC tissue clearing for whole-organ cell profiling2019

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Katsuhiko、Mitani Tomoki T.、Horiguchi Shuhei A.、Kaneshiro Junichi、Murakami Tatsuya C.、Mano Tomoyuki、Fujishima Hiroshi、Konno Ayumu、Watanabe Tomonobu M.、Hirai Hirokazu、Ueda Hiroki R.
    • 雑誌名

      Nature Protocols

      巻: 14 号: 12 ページ: 3506-3537

    • DOI

      10.1038/s41596-019-0240-9

    • 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] 組織光学切片による病理診断の可能性2019

    • 著者名/発表者名
      黒田真史,真野智之,上田泰己
    • 雑誌名

      メディカルサイエンスダイジェスト

      巻: 45/7

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CUBIC-Cloud: A Cloud-based Computational Framework for Quantitative Single-cell-resolution Whole-brain Analysis2019

    • 著者名/発表者名
      T. Mano, E. A. Susaki, K. Murata, K. Kon, C. Shimizu, H. Ono, K. Miyamichi, K. Touhara, H. R. Ueda
    • 学会等名
      The 2nd IRCN Retreat
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CUBIC-Cloud: A computational framework for quantitative whole brain analysis of cells and circuits2019

    • 著者名/発表者名
      T. Mano, E. A. Susaki, K. Murata, K. Kon, C. Shimizu, H. Ono, K. Miyamichi, K. Touhara, H. R. Ueda
    • 学会等名
      第42回日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CUBIC-Cloud: A point-cloud-based computational framework to analyze, visualize and share data for whole brain profiling by tissue clearing2019

    • 著者名/発表者名
      T. Mano, E. A. Susaki, K. Murata, K. Kon, C. Shimizu, H. Ono, K. Miyamichi, K. Touhara, H. R. Ueda
    • 学会等名
      新学術領域研究細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御第五回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CUBIC-Cloud: A computational framework for quantitative whole brain analysis of cells and circuits2019

    • 著者名/発表者名
      T. Mano, E. A. Susaki, K. Murata, K. Kon, C. Shimizu, H. Ono, K. Miyamichi, K. Touhara, H. R. Ueda
    • 学会等名
      The 42nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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