高次生物における１細胞内全遺伝子発現の網羅的１分子計測

• 研究課題/領域番号: 24687022
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 谷口 雄一 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, ユニットリーダー (90556276)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 27,820千円 (直接経費: 21,400千円、間接経費: 6,420千円); 2014年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2013年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円); 2012年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)
• キーワード: １分子・１細胞生物学 / 生物物理学 / システム生物学 / 超高感度顕微鏡技術 / 微細加工技術 / 生命反応の物理 / 1分子・1細胞生物学

研究成果の概要

本研究では、高次生物における遺伝子発現の確率的ダイナミクスの理解を目指して、単一細胞における１分子レベルでの遺伝子発現の挙動をリアルタイムに、かつハイスループットに解析するシステムの開発を行った。その実現のため、単一細胞の全体積における単一分子計測をハイスループットに行うための新規ライトシート顕微鏡を開発した（特願2013-79956）。加えて、１分子レベルでのmRNA・タンパク質発現を測定するためのプローブ技術の開発を行った。開発した技術を用いてモデル生物（出芽酵母）の複数遺伝子における発現プロファイルを計測し、遺伝子発現反応の共通様式を明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] デラウェア大学(米国)
• [雑誌論文] Genome-wide analysis on protein and mRNA copy numbers in single Escherichia coli cells with single-molecule sensitivity (2015)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, Y.
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1346 ページ: 55-67
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-2987-0_5
  • ISBN: 9781493929863, 9781493929870
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] １分子蛍光顕微鏡による１細胞内遺伝子発現の可視化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 雑誌名: 顕微鏡 巻: 50 ページ: 81-85
  • NAID: 130007701769
  • 査読あり
• [雑誌論文] １細胞遺伝子発現動態のゲノムワイド解析とモデル化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 34 ページ: 251-257
• [雑誌論文] 細菌の意思決定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 雑誌名: パリティ 巻: 29 ページ: 12-21
  • NAID: 40020199990
• [雑誌論文] １細胞遺伝子発現解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 雑誌名: 生体の化学 巻: 65 ページ: 410-411
• [雑誌論文] Protein expression analyses at the single cell level (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohno, M., Karagiannis, P., Taniguchi, Y.
  • 雑誌名: Molecules 巻: 19 ページ: 13932-13947
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 遺伝子発現のロバストネス (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 33 ページ: 13-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] 単一細胞レベルでの遺伝子発現の多様性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 雑誌名: 日本微生物生態学会誌 巻: 29 ページ: 3-8
  • NAID: 110009806989
  • 査読あり
• [学会発表] １細胞内オミックス動態のモデル化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 生命動態の分子メカニズムと数理シンポジウム
  • 発表場所: シェラトンホテル広島（広島市）
  • 年月日: 2016-03-26
  • 招待講演
• [学会発表] １細胞内多階層オミックス動態の連関性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 大阪大学・生命機能数理モデル検討会
  • 発表場所: 大阪大学（吹田市）
  • 年月日: 2016-03-09
  • 招待講演
• [学会発表] 単一細胞における１分子レベルでのmRNA・タンパク質発現ゆらぎの動態観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] １細胞内多階層オミックス動態の連関性の解明に向けて (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: RCAST計測・計算・生命科学ワークショップ
  • 発表場所: 東京大学（目黒区）
  • 年月日: 2015-08-07
  • 招待講演
• [学会発表] ライトシート顕微鏡による１分子遺伝子発現イメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: QBiC-CDB Quantitative Developmental Biology Workshop
  • 発表場所: 理化学研究所（吹田市）
  • 年月日: 2015-04-14
  • 招待講演
• [学会発表] 一細胞遺伝子発現動態のゲノムワイド解析とモデル化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 物性談話会
  • 発表場所: 名古屋大学(名古屋市）
  • 年月日: 2015-01-23
  • 招待講演
• [学会発表] 単一大腸菌細胞における遺伝子発現のゆらぎ・ばらつきの定量化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会超微形態解析研究部会主催研究会
  • 発表場所: 帝京平成大学（豊島区）
  • 年月日: 2014-11-22
  • 招待講演
• [学会発表] 全ゲノムスケールでの遺伝子発現ノイズ・動態の１分子レベルでの定量化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 第87回日本生化学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都市）
  • 年月日: 2014-10-15
  • 招待講演
• [学会発表] Mining genome-wide datasets of single-cell gene expressions at single-molecule resolution (2014)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, Y.
  • 学会等名: 52th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Sapporo convention center (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2014-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] 単一細胞レベルでの遺伝子発現のばらつきの法則性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 定量オミックスワークショップ
  • 発表場所: 大阪大学(吹田市)(招待講演)
  • 年月日: 2013-01-22
• [学会発表] Quantifying the E. coli proteome and transcriptome with single-molecule sensitivity in single cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, Y.
  • 学会等名: 6th AYECOB
  • 発表場所: BGI-Shenzhen(Shenzhen, China)(基調講演)
  • 年月日: 2012-12-20
• [学会発表] 1細胞スケールでの遺伝子発現の複雑性を理解する (2012)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡市)(招待講演)
  • 年月日: 2012-12-11
• [学会発表] 遺伝子発現のノイズ性の起源 (2012)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 超階層シグナル伝達研究の新展開
  • 発表場所: 生理学研究所(岡崎市)(招待講演)
  • 年月日: 2012-10-01
• [学会発表] Examining origings of noise in gene expression (2012)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, Y.
  • 学会等名: 50th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Nagoya University(Nagoya, Japan)(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-23
• [学会発表] 遺伝子発現の確率性と記憶性
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（神戸市）
  • 招待講演
• [学会発表] 単一細胞レベルでの遺伝子発現の多様性
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 第29回日本微生物生態学会
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島市）
  • 招待講演
• [学会発表] Quantifying Gene Expression Heterogeneity in Single Live Cells
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, Y.
  • 学会等名: Single Cell Science Symposium
  • 発表場所: RIKEN Yokohama Campus (Yokohama, Japan)
  • 招待講演
• [学会発表] Information Dynamics in Gene Expression Processes
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, Y.
  • 学会等名: Information Dynamics in Gene Expression Processes
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center (Kyoto, Japan)
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝子発現の分布性
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: 少数性生物学トレーニングコース
  • 発表場所: 大阪大学（吹田市）
• [学会発表] 遺伝子発現過程のシステムバイオロジー
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: Kyoto International Conference Center (Kyoto, Japan)
  • 発表場所: 大阪エキスポパーク（吹田市）
  • 招待講演
• [学会発表] Towards Understanding Heterogeneous Gene Expressions at Single Cell Levels
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, Y.
  • 学会等名: RNAi, MicroRNAs & Single Cell Biology – 2013 Meeting
  • 発表場所: Hilton Garden Inn Boston-Waltham (Waltham, MA, USA)
  • 招待講演
• [学会発表] 一細胞毎の個性のばらつきを１分子感度で定量化する
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 学会等名: QBiCスプリングコース
  • 発表場所: 大阪大学（吹田市）
• [図書] １分子ナノバイオ計測（野地博行著） １３章：転写翻訳１細胞定量測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷口雄一
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: 化学同人
• [産業財産権] Microscope, focusing unit, fluid holding unit, and optical unit (2014)
  • 発明者名: Taniguchi, Y., Nishimura, K.
  • 権利者名: 独立行政法人理化学研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-04-03
  • 外国
• [産業財産権] 顕微鏡、焦準器具、及び試料台保持器具 (2013)
  • 発明者名: 谷口雄一、西村和哉
  • 権利者名: 谷口雄一、西村和哉
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-079956
  • 出願年月日: 2013-04-05