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細胞動態の解明に向けた時系列細胞集団データ比較法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 21K12109
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
研究機関大阪大学

研究代表者

加藤 有己  大阪大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (10511280)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワードシングルセル / 細胞動態予測 / 疑似時間経路 / シングルセルゲノミクス / シングルセル解析 / 細胞状態経路 / 遺伝子発現
研究開始時の研究の概要

近年の実験手法の発展により、組織や器官を形作る様々な細胞の種類や個数を、遺伝子発現情報をもとに1細胞レベルで定量できるようになった。ある時刻で組織から取得した細胞集団は様々な経過時間の細胞が含まれると考えられ、各細胞の発現データをコンピューターで解析することで、細胞状態の遷移過程 (細胞状態経路) を捉えることができる。本研究では、2つの細胞状態経路を、分岐などの形状情報を考慮し高精度で比較する手法を確立する。これにより、例えば疾患モデルとコントロールの二者の細胞状態経路を比較し、発現ダイナミクスの異なる因子を抽出することで、疾患病態の解明に迫ることができると考えられる。

研究実績の概要

近年、1細胞RNA sequencing (scRNA-seq) と呼ばれる実験手法が確立され、組織や器官を形作る様々な細胞の種類や個数を、遺伝子発現情報をもとに定量できるようになった。ある時刻で組織から取得した細胞集団は、未分化のものから分化したものまで、様々な経過時間の細胞が含まれると考えられる。そこで、scRNA-seqによる各細胞の発現データをコンピュータ解析することで、細胞状態の疑似的な時間軸に関する遷移過程 (細胞経路) を捉えることができる。特に、実験条件の異なる2つのscRNA-seqデータから導出される細胞経路を比較することで、条件の違いによって変化する制御遺伝子を同定できると期待される。本研究では、2つの細胞経路を、分岐などの形状情報を考慮し高精度で比較する手法を確立する。これにより、例えば疾患モデルとコントロールの二者の細胞状態経路を比較し、発現ダイナミクスの異なる因子を抽出することで、疾患病態の解明に迫ることができる。

今年度は、前年度に完成をみた細胞経路比較法の開発経験をもとに、近年盛んに使用され始めている空間トランスクリプトームデータを統合するアルゴリズムのプロトタイプを考案した。空間データには各細胞の遺伝子発現に加え、空間座標や画像なども含まれるため、遺伝子発現単体の解析では見えてこなかった細胞の機能や現象が明らかになる可能性がある。現在パラメータ調節などを行っており、来年度までの完成を目指している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

時系列細胞集団比較法を目指した本研究成果を発展させ、空間トランスクリプトームデータを統合するアルゴリズム開発に着手しているため、当初の計画以上に進展していると考える。

今後の研究の推進方策

比較したい空間トランスクリプトームデータを統合するため、グラフ埋め込みによる教師なし学習を利用して各細胞の特徴ベクトルを生成する。そして、空間情報を考慮したクラスタリングなどを行い、提案手法の利点、欠点を見積もって、空間トランスクリプトーム解析分野の発展に貢献する。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] RNA editing of AZIN1 coding sites is catalyzed by ADAR1 p150 after splicing2023

    • 著者名/発表者名
      Xing Yanfang、Nakahama Taisuke、Wu Yuke、Inoue Maal、Kim Jung In、Todo Hiroyuki、Shibuya Toshiharu、Kato Yuki、Kawahara Yukio
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 299 号: 7 ページ: 104840-104840

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2023.104840

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A cancer-associated METTL14 mutation induces aberrant m6A modification, affecting tumor growth2023

    • 著者名/発表者名
      Miyake Kotaro、Costa Cruz Pedro Henrique、Nagatomo Izumi、Kato Yuki、Motooka Daisuke、Satoh Shingo、Adachi Yuichi、Takeda Yoshito、Kawahara Yukio、Kumanogoh Atsushi
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 42 号: 7 ページ: 112688-112688

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2023.112688

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Alignment of single-cell trajectory trees with CAPITAL2022

    • 著者名/発表者名
      Sugihara Reiichi、Kato Yuki、Mori Tomoya、Kawahara Yukio
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1 ページ: 5972-5972

    • DOI

      10.1038/s41467-022-33681-3

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] RNA editing at a limited number of sites is sufficient to prevent MDA5 activation in the mouse brain2021

    • 著者名/発表者名
      Jung In Kim, Taisuke Nakahama, Ryuichiro Yamasaki, Pedro Henrique Costa Cruz, Tuangtong Vongpipatana, Maal Inoue, Nao Kanou, Yanfang Xing, Hiroyuki Todo, Toshiharu Shibuya, Yuki Kato and Yukio Kawahara
    • 雑誌名

      PLoS Genetics

      巻: 17, 号: 5 ページ: e1009516-e1009516

    • DOI

      10.1371/journal.pgen.1009516

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mutations in the adenosine deaminase ADAR1 that prevent endogenous Z-RNA binding induce Aicardi-Goutieres-syndrome-like encephalopathy2021

    • 著者名/発表者名
      Nakahama Taisuke、Kato Yuki、Shibuya Toshiharu、Inoue Maal、Kim Jung In、Vongpipatana Tuangtong、Todo Hiroyuki、Xing Yanfang、Kawahara Yukio
    • 雑誌名

      Immunity

      巻: 54 号: 9 ページ: 1976-1988

    • DOI

      10.1016/j.immuni.2021.08.022

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] DDAH1 as a novel regulator of oligodendrocyte differentiation in the central nervous system remyelination2021

    • 著者名/発表者名
      Akiko Uyeda, Quan Lili, Yuki Kato, Nagaaki Muramatsu, Shogo Tanabe, Kazuhisa Sakai, Noritaka Ichinohe, Yukio Kawahara, Tatsunori Suzuki and Rieko Muramatsu
    • 雑誌名

      GLIA

      巻: 69 号: 11 ページ: 2591-2604

    • DOI

      10.1002/glia.24060

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Aicardi-Goutieres Syndrome-Causative Point Mutation in Adar1 Gene Invokes Multiorgan Inflammation and Late-Onset Encephalopathy in Mice2021

    • 著者名/発表者名
      Inoue Maal、Nakahama Taisuke、Yamasaki Ryuichiro、Shibuya Toshiharu、Kim Jung In、Todo Hiroyuki、Xing Yanfang、Kato Yuki、Morii Eiichi、Kawahara Yukio
    • 雑誌名

      The Journal of Immunology

      巻: 207 号: 12 ページ: 3016-3027

    • DOI

      10.4049/jimmunol.2100526

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] グラフ埋め込みと最適輸送を用いた空間的遺伝子発現情報のアラインメント2024

    • 著者名/発表者名
      杉原 礼一, 加藤 有己, 河原 行郎
    • 学会等名
      第77回情報処理学会バイオ情報学研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 1細胞RNA-seqデータを用いた細胞状態遷移経路アラインメント法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      杉原 礼一, 加藤 有己, 森 智弥, 河原 行郎
    • 学会等名
      RNA Frontier Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] シングルセルデータを用いた細胞動態解析アルゴリズムの開発2022

    • 著者名/発表者名
      加藤 有己
    • 学会等名
      NGS EXPO 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Deep learning-based prediction of potential RNA G-quadruplexes with D-Quartet2021

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kato, Kengo Sato, Jakob Hull Havgaard and Yukio Kawahara
    • 学会等名
      29th Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology and the 20th European Conference on Computational Biology (ISMB/ECCB2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Prediction of RNA secondary structure including pseudoknots for long sequences2021

    • 著者名/発表者名
      Kengo Sato and Yuki Kato
    • 学会等名
      第68回情報処理学会バイオ情報学研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] シングルセル高精度比較解析アルゴリズムを開発

    • URL

      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2022/20221014_2

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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