研究領域 | シンギュラリティ生物学 |
研究課題/領域番号 |
21H00444
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研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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配分区分 | 補助金 |
審査区分 |
複合領域
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研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
研究代表者 |
高里 実 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (40788676)
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研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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配分額 *注記 |
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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キーワード | 腎臓オルガノイド / 間葉上皮転換 / MET / ネフロン前駆細胞 / シンギュラリティ / ヒトiPS細胞 / 腎臓 / ネフロン / オルガノイド / 機械学習 / リーダー細胞 |
研究開始時の研究の概要 |
人間の腎臓は約100万個(2つの腎臓で計200万個)のネフロンから構成されるが、病気や加齢によってその数が20万個を下回ると人工透析に移行するとされている。1つの腎胞から1つのネフロンが形成されるため、初期の腎胞の数によって、その人の生涯の腎機能が規定される。本研究では、その腎胞がどのようなシンギュラリティ機構によって発生するのかを突き止める。この研究は、ヒトの腎臓発生において、腎胞の数がどのように制御されているのかを理解することができるという点で生物学的意義が深い。本研究で得られる知見は、将来的に、腎臓オルガノイドのネフロン形成効率を人工的に制御する手法の開発にも繋がる。
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研究実績の概要 |
昨年度までの研究で、カノニカルWntシグナルの直接の下流であるWNT4遺伝子の遺伝子座に赤色蛍光タンパク質をノックインしたWNT4-tdTomatoレポーターヒトiPS細胞株をCRISPER/Cas9システムを用いて樹立し、腎臓オルガノイド細胞塊のタイムラプス画像を撮像する環境を整えてきた。今年度はこの画像を元に、METイベントを将来起こすと予測される細胞塊をprospectiveに同定するアルゴリズム(tdTomato蛍光を発するより前に、光学的情報のみで予定細胞塊を推定する手法)を確立するために、機械学習を行った。その結果、Wntシグナル刺激によるMET誘導の開始2日以後に、AIによる予測確度が上昇してくることが分かった。この結果は、今後、教師データを増やすことでより早期にMETイベントを起こす細胞塊を予測可能になることを示す。 また、細胞塊の大きさによってMETイベントの発生時期が異なる現象に関して、その原因を明らかにするために大小の細胞塊を用いてBulk RNA-seqを実施した。その結果、大きな細胞塊において、ネフロン前駆細胞の質を決める遺伝子の発現が上昇していることを認めた。更に、腎臓オルガノイド細胞塊のタイムラプス画像解析と並行して、経時的な1細胞RNA-seqを実施した。その結果、腎臓オルガノイドにおいて、ネフロン前駆細胞がMETを起こし腎胞が形成されるまでの遺伝子発現のダイナミクスを1細胞毎に検出することができた。更に解析によって、ネフロン前駆細胞の状態から既に細胞毎に遺伝子発現の不均一性が存在している事が分かった。これらの結果は、個々の細胞の不均一性に加え、細胞塊内部の環境、特にパラクライン因子が、リーダー細胞であるネフロン前駆細胞の特異性を担う因子である可能性を示唆している。
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現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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