生体イメージングと数理を融合した表現型解析に基づく遺伝疾患解明へのアプローチ

• 研究課題/領域番号: 19K12218
• 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62010:生命、健康および医療情報学関連
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 齋藤 卓 愛媛大学, 医学系研究科, 講師 (60588705)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: バイオイメージング / 蛍光イメージング / 光学顕微鏡 / 画像解析 / メダカ / 遺伝統計学 / 統計解析

研究開始時の研究の概要

疾患に関連する遺伝的多型の解析には，遺伝・環境因子と表現型との量的関係性を明らかにする必要があります．そのためにはモデル生物を利用した方法論の発展が重要です．本研究では，生きたまま個体全身に渡って器官特異的イメージングが可能なモデル動物であるメダカを利用し，系統間の表現型比較解析を可能とする画像解析技術との融合を図ることで，疾患に関わる遺伝背景の解明に向けた新規のアプローチを展開します．

研究成果の概要

本研究では，個体全身のイメージングが可能なメダカを用いて系統間の表現型比較解析を可能とする計測・解析技術を構築し，疾患に関わる遺伝背景の解明に向けた研究を目的とした．まず，メダカ稚魚の全身に渡る高解像３次元細胞観察のために，広視野・高分解能２光子励起ライトシート顕微鏡の開発を行った．この顕微鏡を用いて骨異常を有する変異体系統の計測・解析を進め，骨形態を局所特徴量記述子によって定量化する方法を考案し，メダカ変異体系統を個体レベルで比較する方法の開発を行った．

研究成果の学術的意義や社会的意義

遺伝学的な未解決問題をより基礎的な立場から検証するためにモデル生物を利用した計測・解析の方法論の発展は極めて重要である．メダカの利点は近交系の樹立が可能であることで遺伝学研究において脊椎動物としてユニークなモデルとなる．本研究では近年急速に発展している蛍光計測技術および画像解析技術の応用により定量的な個体解析から遺伝学へ結びつける研究を目的とした。今後これまで捉えられなかった表現型の検出から遺伝背景の理解が可能となると期待される．

研究成果

• [雑誌論文] Wide field light-sheet microscopy with lens-axicon controlled two-photon Bessel beam illumination (2021)
  • 著者名/発表者名: Takanezawa Sota、Saitou Takashi、Imamura Takeshi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 2979-2979
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23249-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 次世代バイオイメージング実現のための技術開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今村健志，川上良介，齋藤卓
  • 雑誌名: OPTRONICS 巻: 480 ページ: 93-98
• [雑誌論文] 生きたままの生物を長期間観察できる２光子励起光シート顕微鏡の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 齋藤卓，高根沢聡太，今村健志
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 39 ページ: 3055-3058
• [雑誌論文] 生きたままの生物を長期間観察できる広視野・高分解能２光子励起ライトシート顕微鏡 (2021)
  • 著者名/発表者名: 齋藤卓，高根沢聡太，今村健志
  • 雑誌名: 光技術コンタクト 巻: 59 ページ: 38-44
• [雑誌論文] Donor-acceptor-acceptor-type near-infrared fluorophores that contain dithienophosphole oxide and boryl groups: Effect of the boryl group on the nonradiative deca (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Sugihara, Naoto Inai, Thomas Baumgartner, Ryosuke Kawakami, Takashi Saitou, Takeshi Imamura, Masayasu Taki, Takeshi Yanai, Shigehiro Yamaguchi
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: - 号: 18 ページ: 6333-6341
  • DOI: 10.1039/d1sc00827g
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A novel regulatory mechanism against BMP/Smad signaling by Smurf2 in bone (2020)
  • 著者名/発表者名: Junichi Kushioka, Takashi Kaito, Rintaro Okada, Hiroyuki Ishiguro, Zeynep Bal, Joe Kodama, Ryota Chijimatsu, Melanie Pye, Masahiro Narimatsu, Jeffrey Wrana, Yasumichi Inoue, Hiroko Ninomiya, Shin Yamamoto, Takashi Saitou, Hideki Yoshikawa, Takeshi Imamura
  • 雑誌名: Bone Research 巻: 8 号: 1 ページ: 41-41
  • DOI: 10.1038/s41413-020-00115-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visualization of epithelial-mesenchymal transition in an inflammatory microenvironment?colorectal cancer network (2019)
  • 著者名/発表者名: Ieda Takeshi、Tazawa Hiroshi、Okabayashi Hiroki、Yano Shuya、Shigeyasu Kunitoshi、Kuroda Shinji、Ohara Toshiaki、Noma Kazuhiro、Kishimoto Hiroyuki、Nishizaki Masahiko、Kagawa Shunsuke、Shirakawa Yasuhiro、Saitou Takashi、Imamura Takeshi、Fujiwara Toshiyoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 16378-16378
  • DOI: 10.1038/s41598-019-52816-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 3D in vivo imaging of the keratin filament network in the mouse stratum granulosum reveals profilaggrin-dependent regulation of keratin bundling (2019)
  • 著者名/発表者名: Usui Keiko、Kadono Nanako、Furuichi Yuki、Shiraga Keiichiro、Saitou Takashi、Kawasaki Hiroshi、Toyooka Kiminori、Tamura Hiroomi、Kubo Akiharu、Amagai Masayuki、Matsui Takeshi
  • 雑誌名: Journal of Dermatological Science 巻: 94 号: 3 ページ: 346-349
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2019.04.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 広視野２光子励起ライトシート顕微鏡のライブイメージングへの応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 齋藤卓，今村健志
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第４２回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] 広視野型２光子励起ライトシート顕微鏡の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 齋藤卓，今村健志
  • 学会等名: 第３０回日本バイオイメージング学学術集会
• [学会発表] 2光子励起ライトシート顕微鏡の開発とin vivo細胞解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 齋藤卓
  • 学会等名: 第６回細胞ダイバース公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Wide Field Light-Sheet Microscopy with Lens-axicon Controlled Two-photon Bessel Beam Illumination (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Saitou
  • 学会等名: Virtual TGFβ meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 多光子励起自家蛍光スペクトルイメージングと機械学習を利用した肝線維化病態のデジタル診断 (2019)
  • 著者名/発表者名: 齋藤卓，今村健志
  • 学会等名: 第４２回分子生物学会年会
• [学会発表] Whole body analysis of Medaka embryos with wide-field 2-photon light-sheet microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Saitou, Sota Takanezawa, Takeshi Imamura
  • 学会等名: Resonance Bio International Symposium 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Wide-field 2-photon light-sheet microscopy and its application to whole body imaging of medaka embryos (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Saitou, Takeshi Imamura
  • 学会等名: The 57th Annual Meeting of The Biophysical Society of Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Wide-field 2-photon light-sheet microscopy and its application to cancer research using Medaka (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Saitou, Sota Takanezawa, Takeshi Imamura
  • 学会等名: The 78th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Whole body analysis of Medaka embryos using wide-field 2-photon light-sheet microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Saitou, Sota Takanezawa, Takeshi Imamura
  • 学会等名: The 25th Japanese Medaka and Zebrafish Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 広視野２光子ライトシート顕微鏡の開発とメダカ個体丸ごとイメージング (2019)
  • 著者名/発表者名: 齋藤卓，高根沢聡太，今村健志
  • 学会等名: 第４４回レーザ顕微鏡研究会
• [備考] 生きたままの生物を長期間観察できる新しい顕微鏡技術の開発
  • URL: https://www.ehime-u.ac.jp/data_relese/data_relese-160294/
• [産業財産権] ライトシート顕微鏡用長距離伝搬ビーム形成レンズユニット及び長距離伝搬ビーム形成方法 (2019)
  • 発明者名: 齋藤卓，高根沢聡太，今村健志
  • 権利者名: 齋藤卓，高根沢聡太，今村健志
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019