空間マルチオミクスでアプローチする初期胚における細胞運命決定機序の理解

• 研究領域: 全能性プログラム：デコーディングからデザインへ
• 研究課題/領域番号: 22H04676
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 大川 恭行 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80448430)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2023年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 空間オミクス / エピゲノミクス / プロテオミクス / トランスクリプトミクス / クロマチン

研究開始時の研究の概要

マウス着床前胚では、4細胞期の時点から個性が形成される一方で、全能性も有する可塑的な状態で存在している。この可塑的な状態は、細胞間相互作用や種々のシグナル伝達経路により制御されているが、その機序は未だ不明な点が多い。そこで本研究では、胚内部における細胞間相互作用および個々の細胞内で生じるシグナルの活性化を網羅的に解析すると同時に個々の細胞のクロマチン構造をゲノムワイドに解析を行うことで包括的な解明を試みる。空間上の細胞間相互作用に起因したクロマチン構造制御から遺伝子発現状態の変化を包括的に解析する。これにより、初期胚における細胞運命決定機序の理解を目指す。

研究実績の概要

研究の目的：本研究では、胚盤胞における全細胞の複数のシグナル伝達経路を網羅的に定量測定し、全細胞間相互作用ならびに細胞内シグナル伝達の活性化状態を明らかにすることを目的とした。加えて、特定のシグナル活性化状態にある細胞のクロマチン構造を1 細胞レベルかつ70％以上のゲノムカバー率で解析し、特定シグナルネットワークあるいはシグナル間の干渉によるエピゲノム状態の成立機序を解明することとした。転写を制御するクロマチン構造状態（転写因子・クロマチン制御因子の結合、ヒストン修飾・バリアント置換、各活性化状態におけるRNApolymeraseIIのゲノム領域へのリクルート）と細胞型を解明するトランスクリプトームを同時に測定する技術ChILseq2.0 と組み合わせることで、胚盤胞における分化運命決定機序の包括的な解明を目指した。
R4年度の研究実施計画：細胞の位置と網羅的なシグナル伝達情報の解析を可能にするため、連続免疫染色法を新たに開発した。本手法は、薬剤で容易に開裂可能なリンカーを介して蛍光物質を付加した抗体を用いることで、標的タンパク質の染色後に薬剤で蛍光シグナルを消光するサイクルを繰り返す。最終的にはデバイス構築による全工程の自動化によるハイスループット化を行った。抗体で染色し消光する原理検証を終え、胚発生の解析に向けた実装を進めた。また、本開発と並行して単一細胞空間トランスクリプトーム技術としてSeqFISH+法を実装した。共同研究により技術移転した技術をベースとして、ヒト正常線維芽細胞で数種の遺伝子発現の検出を実証し、独自の技術を加えて差異らに改良を行った。本マウス胚解析に必要な遺伝子を標的とした独自プローブの開発と最適化を進め論文投稿準備中である。

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

当初予定に沿って、データ取得を進めており当初の計画通りに進展している。

今後の研究の推進方策

研究計画に従って進めていく。

研究成果

• [雑誌論文] Design and implementation of a hybrid cloud system for large-scale human genomic research. (2023)
  • 著者名/発表者名: Masao Nagasaki, Yayoi Sekiya, Akihiro Asakura, Ryo Teraoka, Ryoko Otokozawa, Hiroki Hashimoto, Takahisa Kawaguchi, Keiichiro Fukazawa, Yuichi Inadomi, Ken T Murata, Yasuyuki Ohkawa, Izumi Yamaguchi, Takamichi Mizuhara, Katsushi Tokunaga, Yuji Sekiya, Toshihiro Hanawa, Ryo Yamada, Fumihiko Matsuda.
  • 雑誌名: Hum Genome Var. 巻: 10 号: 1 ページ: 6-6
  • DOI: 10.1038/s41439-023-00231-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Senescence atlas reveals an aged-like inflamed niche that blunts muscle regeneration. (2023)
  • 著者名/発表者名: Moiseeva V, Cisneros A, Sica V, Deryagin O, Lai Y, Jung S, Andres E, An J, Segales J, Ortet L, Lukesova V, Volpe G, Benguria A, Dopazo A, Benitah SA, Urano Y, Del Sol A, Esteban MA, Ohkawa Y, Serrano AL, Perdiguero E, Munoz-Canoves P.
  • 雑誌名: Nature 巻: 613 号: 7942 ページ: 169-178
  • DOI: 10.1038/s41586-022-05535-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] STREAMING-tag system reveals spatiotemporal relationships between transcriptional regulatory factors and transcriptional activity (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohishi Hiroaki、Shimada Seiru、Uchino Satoshi、Li Jieru、Sato Yuko、Shintani Manabu、Owada Hitoshi、Ohkawa Yasuyuki、Pertsinidis Alexandros、Yamamoto Takashi、Kimura Hiroshi、Ochiai Hiroshi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 7672-7672
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35286-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Prostaglandin E2 receptor Ptger4b regulates female-specific peptidergic neurons and female sexual receptivity in medaka (2022)
  • 著者名/発表者名: Fleming Thomas、Kikuchi Yukiko、Nakajo Mikoto、Tachizawa Masaya、Inazumi Tomoaki、Tsuchiya Soken、Sugimoto Yukihiko、Saito Daisuke、Suyama Mikita、Ohkawa Yasuyuki、Baba Takashi、Morohashi Ken-ichirou、Okubo Kataaki
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 5 号: 1 ページ: 1215-1215
  • DOI: 10.1038/s42003-022-04195-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Drosophila transcription factor NF-Y suppresses transcription of the lipase 4 gene, a key gene for lipid storage. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yasuhide Yoshioka, Keisuke Anzai, Ryosuke Kowada, Ken Hiratsuka, Teppei Hirayabu, Masashi Yasuda, Yasuyuki Ohkawa, Tetsuya Sato, Mikita Suyama, Hideki Yoshida, Masamitsu Yamaguchi.
  • 雑誌名: Exp Cell Res. 巻: 420 号: 1 ページ: 113307-113307
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2022.113307
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tmsb10 triggers fetal Leydig differentiation by suppressing the RAS/ERK pathway. (2022)
  • 著者名/発表者名: Miki Inoue, Takashi Baba, Fumiya Takahashi, Miho Terao, Shogo Yanai, Yuichi Shima, Daisuke Saito, Kei Sugihara, Takashi Miura, Shuji Takada, Mikita Suyama, Yasuyuki Ohkawa, Ken-Ichirou Morohashi.
  • 雑誌名: Commun Biol. 巻: 5 号: 1 ページ: 974-974
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03941-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of a drug-response gene in multiple myeloma through longitudinal single-cell transcriptome sequencing (2022)
  • 著者名/発表者名: Masuda Toru、Haji Shojiro、Nakashima Yasuhiro、Tsuda Mariko、Kimura Daisaku、Takamatsu Akiko、Iwahashi Norifusa、Umakoshi Hironobu、Shiratsuchi Motoaki、Kikutake Chie、Suyama Mikita、Ohkawa Yasuyuki、Ogawa Yoshihiro
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 8 ページ: 104781-104781
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104781
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Uterus-specific transcriptional regulation underlies eggshell pigment production in Japanese quail (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishishita Satoshi、Kitahara Shumpei、Takahashi Mayuko、Iwasaki Sakura、Tatsumoto Shoji、Hara Izumi、Kaneko Yoshiki、Kinoshita Keiji、Yamaguchi Katsushi、Harada Akihito、Ohmori Yasushige、Ohkawa Yasuyuki、Go Yasuhiro、Shigenobu Shuji、Matsuda Yoichi、Suzuki Takayuki
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 17 号: 3 ページ: 0265008-0265008
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0265008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photo-isolation chemistry for high-resolution and deep spatial transcriptome with mouse tissue sections (2022)
  • 著者名/発表者名: Honda Mizuki、Kimura Ryuichi、Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Tanaka Kaori、Ohkawa Yasuyuki、Oki Shinya
  • 雑誌名: STAR Protocols 巻: 3 号: 2 ページ: 101346-101346
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2022.101346
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A spinal microglia population involved in remitting and relapsing neuropathic pain (2022)
  • 著者名/発表者名: Kohno Keita、Shirasaka Ryoji、Yoshihara Kohei、Mikuriya Satsuki、Tanaka Kaori、Takanami Keiko、Inoue Kazuhide、Sakamoto Hirotaka、Ohkawa Yasuyuki、Masuda Takahiro、Tsuda Makoto
  • 雑誌名: Science 巻: 376 号: 6588 ページ: 86-90
  • DOI: 10.1126/science.abf6805
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tenogenic Induction From Induced Pluripotent Stem Cells Unveils the Trajectory Towards Tenocyte Differentiation (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Yuki、Uezumi Akiyoshi、Ikemoto-Uezumi Madoka、Tanaka Kaori、Yu Xinyi、Kurosawa Tamaki、Yambe Shinsei、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki、Sotomaru Yusuke、Shukunami Chisa
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 10 ページ: 780038-780038
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.780038
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct Conversion of Human Endothelial Cells Into Liver Cancer-Forming Cells Using Nonintegrative Episomal Vectors. (2022)
  • 著者名/発表者名: Goya T, Horisawa K, Udono M, Ohkawa Y, Ogawa Y, Sekiya S, Suzuki A.
  • 雑誌名: Hepatol Commun. 巻: - 号: 7 ページ: 1725-1740
  • DOI: 10.1002/hep4.1911
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 単一細胞マルチオミクスによる骨格筋分化制御機構の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第6回運動器と健康研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Spatial multi-omics for understanding chromatin dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 2023年度高深度オミクスシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] データから変化を取り出す新たな単一細胞解析技術 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 【富士フイルム】講演
  • 招待講演
• [学会発表] Single-cell multi-targeted chromatin integration labeling technology for understanding chromatin dynamics (2022)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ohkawa
  • 学会等名: CSHA meeting on Integrative Epigenetics in Plants
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 空間オミクス技術によるクロマチン構造制御メカニズムの解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞恒常性を担うシグナルと遺伝子発現の制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第16回日本臨床ストレス応答学会
  • 招待講演
• [学会発表] 高深度解析による全ゲノムレベルの単一細胞オミクスへの挑戦 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: NGS EXPO 2022
  • 招待講演
• [学会発表] 単一細胞軌跡追跡によるクロマチンダイナミクスの解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 2022年度国立遺伝学研究所クロマチン研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Chromatin regulation during skeletal muscle regeneration (2022)
  • 著者名/発表者名: Yausyuki Ohkawa
  • 学会等名: 第17回生命医科学研究所ネットワーク国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 骨格筋分化のクロマチンダイナミクス (2022)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 日本遺伝学会第94回大会
  • 招待講演
• [学会発表] トランスクリプトミクスで迫る細胞分化能 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 大阪大学産業科学研究所セミナー
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spatial multi-omics for understanding gene expression regulated by cell-cell interaction. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ohkawa
  • 学会等名: Japan-UK Regulation through Chromatin Conference
  • 招待講演
• [学会発表] 空間オミクスによる骨格筋組織老化機序の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第8回日本筋学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] クロマチン解析のための新技術開発の現状と今後の展開 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第15回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 招待講演
• [備考] 九州大学 トランスクリプトミクス分野ホームページ
  • URL: https://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp/