神経可塑性への系統的システム生物学アプローチ

• 研究課題/領域番号: 20241047
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用ゲノム科学
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: CARNINCI Piero (CARNINCI PIero) 独立行政法人理化学研究所, 研究員 (10333296)
• 研究分担者: TAKAO Hensch 独立行政法人理化学研究所, 神経回路発達研究チーム, チームリーダー (60300878)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 49,400千円 (直接経費: 38,000千円、間接経費: 11,400千円); 2011年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円); 2010年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2009年度: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円); 2008年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
• キーワード: ゲノム / ノンコードRNA / レトロトランスポゾン / iPS / 幹細胞 / 再プログラム / 転写 / RNA発現 / プロモーター / ノンーコードRNA / エピゲノム / ナノCAGE / 非コードRNA / バルプロ酸 / トリコスタチンA / ヒストン脱アセチル化酵素 / トランスクリプトーム / 可塑性 / Deep-RACE

研究概要

我々は、マウス大脳皮質の興奮性グルタミン酸作動性錐体(Py)神経細胞と抑制性GABA作動性Parvalbumin(Pv)神経細胞で発現している転写産物を、次世代シークエンサーであるイルミナ社ゲノムアナライザーを用いて、網羅的に解析した。この際、脳の可塑性を再活性化することがわかっている(未発表)、バルプロ酸(VPA)とtricostatin A(TSA)による処理も合わせて行い、トランスクリプトームの変化を調べた。今年度行った、神経細胞調製とRNA抽出についてのプロトコール改変(投稿準備中)と96穴プレートを用いた並列nanoCAGEプロトコルの標準化(Salimullah et al. 2011;doi:10.1101/pdb.prot5559)のおかげで、現在までに、Py神経からは195,459,905個の、Pv神経からは275,065,042個のシークエンスタグを得ることができた。ここから、それぞれの神経細胞で発現する、900万ヶ所以上(Py)と2600万ヶ所以上(Pv)の転写開始点を同定した。これらのデータは、これまでに単離されたいかなる神経細胞においても実現され得なかった、最も網羅的なトランスクリプトームデータを提供する。このデータを使って、Py神経細胞における可塑性の再活性化に伴って発現量の変化する遺伝子の予備的な候補を絞り込み、そのオントロジー解析の結果と合わせて2010年度日本分子生物学会年会にて発表した(Noro et al.poster#:2P-1186)。今後は、今年度投稿、受理されたCAGEscan技術(Plessy et al. Nature Method, 2010;7(7):528-34)を用いて、シークエンスタグの3'側も読み、転写開始点や発現量だけではなく、転写産物の構造をも明らかにできると考えている。すでに、両側読みされたシークエンスタグは、Py神経から60,270,789個、Pv神経から53,439,327個得られており、これらの網羅的データから、可塑性の再活性化に伴って変化するRNAプロセシングの全容を解明していきたい。尚、今年度は、国内6件、海外5件の口頭・ポスター発表により、本研究の成果が所外に公開された。

研究成果

• [雑誌論文] NanoCAGE : A High-Resolution Technique to Discover and Interrogate Cell Transcriptomes (2011)
  • 著者名/発表者名: Salimullah M, Mizuho S, Plessy C, Carninci P
  • 雑誌名: Cold Spring Harb Protoc ページ: 1-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Whole transcriptome analysis : what are we still missing? (2010)
  • 著者名/発表者名: Saxena A, Carninci P.
  • 雑誌名: Wires ; Systems Biology and Medicine
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linking promoters to functional transcripts in small samples with nanoCAGE and CAGEscan (2010)
  • 著者名/発表者名: Plessy C, Bertin N, Takahashi H, Salimullah M, Lassmann T, Vitezic M, Severin J, Olivarius S, Lazarevic D, Hornig N, Orland V, Bell I, Gao H, Dumais J, Kapranov P, Wang H, Davis CA, Gingeras TR, Kawai J, Daub CO, Hayashizaki Y, Gustincich S, Carninci P.
  • 雑誌名: Nature Mothods 巻: 7 ページ: 528-34
  • 査読あり
• [雑誌論文] The genome sequence of the spontaneously hypertensive rat : Analysis and functional significance. (2010)
  • 著者名/発表者名: Atanur SS, Birol I, Guryev V, Hirst M, Hummel O, Morrissey C, Behmoaras J, Fernandez-Suarez XM, Johnson MD, McLaren WM, Patone G, Petretto E, Plessy C, Rockland KS, Rockland C, Saar K, Zhao Y, Carninci P, Flicek P, Kurtz T, Cuppen E, Pravenec M, Hubner N, Jones SJ, Birney E, Aitman TJ
  • 雑誌名: Genome Research 巻: 20 ページ: 791-803
  • 査読あり
• [雑誌論文] RNA dust : where are the genes? (2010)
  • 著者名/発表者名: Carninci P.
  • 雑誌名: DNA Research 巻: 17 ページ: 51-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunable fractionation of nucleic acids (2009)
  • 著者名/発表者名: Salimullah M., Kato S., Murata N., Kawazu C., Plessy C., Carninci P
  • 雑誌名: BioTechniques 47(6) ページ: 1041-1042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Altruistic functions for selfish DNA (2009)
  • 著者名/発表者名: Geoffrey J.Faulkner, Piero Caminci
  • 雑誌名: Cell Cycle 8:18 ページ: 2895-2900
  • 査読あり
• [雑誌論文] (2009)
  • 著者名/発表者名: Piero Carninci
  • 雑誌名: Tagging Transcription Starting Sites with CAGE in the Cap-Analysis Gene Expression Book(Panstanford, Singapore) ページ: 7-20
• [雑誌論文] High-throughput verification of transcriptional starting sites by Deep-RACE (2008)
  • 著者名/発表者名: Signe Olivarius, Charles Plessy, Piero Carninci
  • 雑誌名: BioTechniques Vol. 46 ページ: 130-132
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Resource for Transcriptomic Analysis in the Mouse Brain (2008)
  • 著者名/発表者名: Charles Plessy, Michela Fagiolini, Akiko Wagatsuma, Norihiro Harasawa, Takenobu Kuji, Atsuko, Asaka-Oba, Yukari Kanzaki, Sayaka Fujishima, Kazunori Waki, Hiroyuki Nakahara, Takao K. Hensch, Piero Carninci
  • 雑誌名: POLS One Vol. 3 ページ: 1-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] RNA dust : where are the Genes
  • 著者名/発表者名: Piero Carninci
  • 雑誌名: DNA Research (In press)
  • 査読あり
• [学会発表] Sequencing RNA from cell compartments with CAGE (2011)
  • 著者名/発表者名: Carninci Piero
  • 学会等名: Workshop "Chromatin structure and Nuclear Organization"
  • 発表場所: IFOM-IEO Campus
  • 年月日: 2011-01-21
• [学会発表] Deciphering mammalian transcriptome complexity by deep-CAGE (2010)
  • 著者名/発表者名: Carninci Piero
  • 学会等名: BCCA Research Seminar Series
  • 発表場所: BC Cancer Research Centre, Vancouver(Invited)
  • 年月日: 2010-12-13
• [学会発表] VPA induced regain of visual cortex plasticity is characterized by chromatin remodeling (2010)
  • 著者名/発表者名: E.Arner
  • 学会等名: BMB2010 (The 33rd Annual Meeting of Molecular Biology Society of Japan, The 83rd Annual Meeting of the Japanese Biochemical Society)
  • 発表場所: Kobe Port Island, Kobe(poster)
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] Development and exploration of high-throughput nanoCAGE (2010)
  • 著者名/発表者名: Md.Salimullah
  • 学会等名: BMB2010 (The 33rd Annual Meeting of Molecular Biology Society of Japan, The 83rd Annual Meeting of the Japanese Biochemical Society)
  • 発表場所: Kobe Port Island, Kobe(poster)
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] Practical application of nanoCAGE on a single type of adult neurons having their plasticity reactivated by HDAC inhibitors (2010)
  • 著者名/発表者名: Noro Yukihiko
  • 学会等名: BMB2010 (The 33rd Annual Meeting of Molecular Biology Society of Japan, The 83rd Annual Meeting of the Japanese Biochemical Society)
  • 発表場所: Kobe Port Island, Kobe(poster)
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] Investigating disorders of cognition with new technologies (2010)
  • 著者名/発表者名: Saxena Alka
  • 学会等名: BMB2010 (The 33rd Annual Meeting of Molecular Biology Society of Japan, The 83rd Annual Meeting of the Japanese Biochemical Society)
  • 発表場所: Kobe Port Island, Kobe(poster)
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] Promoter architecture of mouse olfactory receptor genes (2010)
  • 著者名/発表者名: Plessy Charles
  • 学会等名: BMB2010 (The 33rd Annual Meeting of Molecular Biology Society of Japan, The 83rd Annual Meeting of the Japanese Biochemical Society)
  • 発表場所: Kobe Port Island, Kobe(poster)
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] he landscape of transcription initiation in the rat (2010)
  • 著者名/発表者名: Plessy Charles
  • 学会等名: XVIIIth International Workshop on Genetic Systems in the Rat
  • 発表場所: Kyoto University Campus, Kyoto(Oral)
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] Analyse simultanee de tous les promoteurs du genome avec nanoCAGE (2010)
  • 著者名/発表者名: Plessy Charles
  • 学会等名: Journee Francophone de la recherche 2010
  • 発表場所: Maison franco-japonaise(MFJ)、Ebisu(Oral)
  • 年月日: 2010-11-27
• [学会発表] Deciphering mammalian transcriptome complexity by deep-CAGE (2010)
  • 著者名/発表者名: Carninci Piero
  • 学会等名: Seminar at Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
  • 発表場所: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland(Invited)
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] Deciphering mammalian transcriptome complexity by deep-CAGE (2010)
  • 著者名/発表者名: Carninci Piero
  • 学会等名: Seminar at University of Geneva Medical School
  • 発表場所: University of Geneva Medical School, Geneva, Switzerland(Invited)
  • 年月日: 2010-11-25
• [学会発表] Deciphering mammalian transcriptome complexity by deep-CAGE (2010)
  • 著者名/発表者名: Caminci Piero
  • 学会等名: Seminar Series 2010 at University Medical Center Groningen
  • 発表場所: UMCG (University Medical Center Groningen), Groningen, Netherlands(Invited)
  • 年月日: 2010-10-28
• [学会発表] Deciphering the RNA dark matter by deepCAGE sequencing (2009)
  • 著者名/発表者名: Piero Carninci
  • 学会等名: The 32nd annual meeting of the molecular biology society of Japan, MBSJ
  • 発表場所: PACIFICO YOKOHAMA
  • 年月日: 2009-12-11
• [学会発表] Deciphering the RNA dark matter by deepCAGE sequencing (2009)
  • 著者名/発表者名: Piero Carninci
  • 学会等名: 23rd International Mammalian Genome Conference
  • 発表場所: Hilton La Jolla Torrey Pines, USA
  • 年月日: 2009-11-02
• [学会発表] Promotome profiling from nanograms of total RNA with nanoCAGE : Discovery of the promoters of a thousand mouse olfactory receptors (2009)
  • 著者名/発表者名: Charles Pressy
  • 学会等名: The Biology of Genomes
  • 発表場所: The Cold Spring Harbor Laboratory, New York
  • 年月日: 2009-05-11
• [学会発表] Mapping RNAs and their cellular compartmentalization via analysis of capped 5' ends of RNAs (2009)
  • 著者名/発表者名: Piero Carninci
  • 学会等名: The Biology of Genomes
  • 発表場所: The Cold Spring Harbor Laboratory, New York
  • 年月日: 2009-05-09
• [学会発表] Nano CAGE promotome analysis of the mouse olfactory epithelium (2008)
  • 著者名/発表者名: CARNINCI Piero
  • 学会等名: IMGC-22nd International Mammalian Genome Conference
  • 発表場所: Prague, Czech
  • 年月日: 2008-11-03
• [学会発表] Transcriptome of homogeneous neuron populations using nano-CAGE (2008)
  • 著者名/発表者名: CARNINCI Piero
  • 学会等名: MGRED11-The 11^<th> International Meeting of the Microarray and Gene Expression Data Society
  • 発表場所: Trieste, Italy
  • 年月日: 2008-08-31
• [学会発表] Dynamics and complexity of the coding and non-coding transcriptome (2008)
  • 著者名/発表者名: CARNINCI Piero
  • 学会等名: MGRED11-The 11^<th> International Meeting of the Microarray and Gene Expression Data Society
  • 発表場所: Trieste, Italy
  • 年月日: 2008-08-31
• [産業財産権] A Method of Manufacturing a Mixture of Amplified Double-Stranded Nucleic Acids Comprising Unknown Sequence (2008)
  • 発明者名: PIERO CARNINCI, CHARLES PLESSY, ROBERT SIMONE
  • 権利者名: 理化学研究所
  • 産業財産権番号: 2008-159527
  • 出願年月日: 2008-06-18