高次元表現型解析を駆使した遺伝情報による細胞の動作原理の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04402
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大矢 禎一 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (20183767)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 出芽酵母 / 画像解析 / 高次元表現型解析 / ケミカルゲノミクス / カルシウム / 遺伝的相互作用

研究実績の概要

本年度は、Ca2+とCa2+感受性に関与するCLS遺伝子間の相互作用を、増殖だけでなく形態表現型の面から多次元的に捉えることにした。そのために、cls変異株について通常および高濃度Ca2+条件下の細胞形態を画像解析プログラムCalMorph により高次元形態表現型として定量化し、一般化線形モデルを適用することで、正または負のCa2+-cls変異間相互作用を定量的に評価した。正(表現型を回復させる)および負(表現型を悪化させる)のCa2+-cls変異間相互作用を定義することにより、62 cls変異株それぞれで209次元の正または負のCa2+-cls変異間相互作用の組み合わせからなるプロファイルを作成した。
62 cls変異株において、Ca2+-cls変異間相互作用プロファイル間の相関係数に基づく階層クラスタリングを行ったところ、62中49 (79%)のcls変異株 が9つのクラスに分かれた。そのうち6クラスでは、既知の機能的に関連する遺伝子の変異株が集まっていた。このように、クラスタリング解析によって細胞内Ca2+恒常性維持やCa2+によって制御される機構の機能ユニットが9つ同定でき、また同時にCa2+-cls変異間相互作用プロファイルの特徴に各ユニットの機能に関する情報が現れていることが示唆された。
最後にクラスタリング解析により同定された機能ユニット間に見られる相互関係を理解するために、Ca2+-cls変異間相互作用プロファイルの類似度に基づくネットワークを構築した。クラスIIIからIXのCa2+-cls変異間相互作用プロファイルの間には正の相関が見られる傾向にあり、クラスI およびIIのプロファイルは他の機能ユニットのプロファイルとの間に負の相関が見られる傾向にあった。本研究により、初めて化合物（Ca2+）と遺伝子（CLS）間の相互作用を高次元的に調べることができた。

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

高次元表現型解析に一般化線形モデルを適用することで、パラメトリックな統計学的解析が可能になり、次々に新しい生物学的知見が得られている。当初この研究を計画した時よりも、はるかに研究成果が上がっている。

今後の研究の推進方策

今までの方針通りに研究を進め、最終年度の研究課題の研究取りまとめを行う。特に研究を遂行する上での問題点はない。

研究成果

• [国際共同研究] トロント大学(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: トロント大学
• [国際共同研究] SUNY/ミネソタ大学/プリンストン大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: SUNY/ミネソタ大学/プリンストン大学
• [国際共同研究] リオン大学/ストラスブルグ大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: リオン大学/ストラスブルグ大学
• [国際共同研究] EMBL(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: EMBL
• [雑誌論文] Promoter engineering of the Saccharomyces cerevisiae RIM15 gene for improvement of alcoholic fermentation rates under stress conditions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe D, Kaneko A, Sugimoto Y, Ohnuki S, Takagi H, Ohya Y
  • 雑誌名: J Biosci Bioeng. 巻: 123 ページ: 183-189
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2016.08.004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Large-Scale Survey of Intraspecific Fitness and Cell Morphology Variation in a Protoploid Yeast Species. (2016)
  • 著者名/発表者名: Jung PP, Sigwalt A, Ohnuki S, de Montigny J, Ohya Y, Schacherer J.
  • 雑誌名: G3 巻: 6 ページ: 1063-71
  • DOI: 10.1534/g3.115.026682
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of a mutation causing a defective spindle assembly checkpoint in high ethyl caproate-producing sake yeast strain K1801. (2016)
  • 著者名/発表者名: Goshima T, Nakamura R, Kume K, Okada H, Ichikawa E, Tamura H, Hasuda H, Inahashi M, Okazaki N, Akao T, Shimoi H, Mizunuma M, Ohya Y, Hirata D.
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem. 巻: 80 ページ: 1657-62
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1184963
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Exploiting Single-Cell Quantitative Data to Map Genetic Variants Having Probabilistic Effects. (2016)
  • 著者名/発表者名: Chuffart F, Richard M, Jost D, Burny C, Duplus-Bottin H, Ohya Y, Yvert G.
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 12 ページ: e1006213
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1006213
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fluorescent Labeling of Yeast Cell Wall Components. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okada H, Ohya Y
  • 雑誌名: Cold Spring Harb Protoc. 巻: 2016 ページ: pdb.prot085241
  • DOI: 10.1101/pdb.prot085241
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assay for Spore Wall Integrity Using a Yeast Predator. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okada H, Neiman AM, Ohya Y.
  • 雑誌名: Cold Spring Harb Protoc. 巻: 2016 ページ: pdb.prot085258
  • DOI: 10.1101/pdb.prot085258
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Local and Acute Disruption of the Yeast Cell Surface (2016)
  • 著者名/発表者名: Kono K, Okada H, Ohya Y
  • 雑誌名: Cold Spring Harb Protoc. 巻: 2016 ページ: pdb.prot085266
  • DOI: 10.1101/pdb.prot085266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Examination and Disruption of the Yeast Cell Wall (2016)
  • 著者名/発表者名: Okada H, Kono K, Neiman AM, Ohya Y
  • 雑誌名: Cold Spring Harb Protoc. 巻: 2016 ページ: pdb.top078659
  • DOI: 10.1101/pdb.top078659
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A global genetic interaction network maps a wiring diagram of cellular function (2016)
  • 著者名/発表者名: Costanzo M, et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 353 ページ: aaf1420
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] High-dimensional and single cell phenotyping in Saccharomyces cerevisiae (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ohya
  • 学会等名: HIHA symposium
  • 発表場所: 広島大学先端物質科学研究科（広島県・東広島）
  • 年月日: 2017-01-13 – 2017-01-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 清酒酵母今昔 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: 日本酒史学会
  • 発表場所: 東京大学新領域（千葉県・柏市）
  • 年月日: 2016-12-03 – 2016-12-03
  • 招待講演
• [学会発表] A cell cycle checkpoint to insure the integrity of the cell wall synthesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ohya
  • 学会等名: LIISAIB
  • 発表場所: コルドバ（アルゼンチン）
  • 年月日: 2016-11-10 – 2016-11-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 清酒酵母の単細胞フェノタイピング (2016)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: 酵母細胞研究会
  • 発表場所: 東京大学農学部（東京都・文京区）
  • 年月日: 2016-07-08 – 2016-07-08
  • 招待講演
• [学会発表] single cell phonemics in chemical genomics (2016)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: バイオイメージインフォーマティクス
  • 発表場所: 大阪大学医学部（大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2016-06-23 – 2016-06-24
• [学会発表] Application of single cell phonemics in chemical genomics (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ohya
  • 学会等名: CIFAR meeting
  • 発表場所: トロント（カナダ）
  • 年月日: 2016-04-15 – 2016-04-16
  • 国際学会 / 招待講演