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2019 年度 実績報告書

非コードRNA遺伝子をゲノムワイドに発見する汎用システム

研究課題

研究課題/領域番号 18H04127
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

榊原 康文  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10287427)

研究分担者 佐々木 えりか  公益財団法人実験動物中央研究所, マーモセット医学生物学研究部, 部長 (70390739)
星野 敦  基礎生物学研究所, 多様性生物学研究室, 助教 (80312205)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
キーワード非コードRNA / 遺伝子発見 / バイオインフォマティクス / 深層学習
研究実績の概要

2019年度まで開発した非コードRNAクラスタリング手法CNNclustの改良版として,教師無し深層学習手法を適用した新たな非コードRNAクラスタリング用のアルゴリズムを設計して,その精度検証を行った.従来の手法と比べて,精度は劣ることなく,計算時間を大幅に高速化することができた.
分担者である佐々木より提供された健常マーモセットの解剖により採材した,左脳の島皮質,内側前頭皮質,海馬後部,前帯状皮質,尾状核と,右脳の視覚野の6部位に関して,Total RNA抽出後,次世代シークエンサーによってsmall RNA-Seqを行なった.得られたリードをドラフトゲノムにマッピングすることで,各部位における非コードRNA発現プロファイルを取得した.6部位における非コードRNA発現プロファイルを比較解析した結果,部位間で発現に違いがある非コードRNA遺伝子が存在することが判明した.
マーモセットにおいて非コードRNAの同定・アノテーションを進めるために,様々な小分子RNAが発現することが知られる生殖細胞を用いてsmall RNA-seqを行う.昨年度は,自己複製を行うことで持続的な精子産生を担う精子幹細胞においてsmall RNAの解析を開始した.精子幹細胞にはmiRNAだけでなくpiRNAも多く発現していそうなことが明らかになってきた.現在,それら小分子RNAの解析を行っている.
ゲノムを解読した標準系統のアサガオをクローンで育成して,根と花弁からtotal RNAを抽出した.花弁は発生段階を追ってサンプリングした.また、非コードRNA遺伝子の変異体を作成するための準備として,アサガオでのゲノム編集を進めた.また、非コードRNA遺伝子を発見するリファレンスとなるアサガオのゲノム配列の精度を向上するために、Saphyrシステムによる光学マッピングを試みた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ゲノム配列から非コードRNA遺伝子を高精度に発見する汎用的な計算手法の開発は順調に進んでいる.教師無し深層学習手法を適用した新たな非コードRNAクラスタリング用のアルゴリズムの開発に目処が立った.さらに,次世代シークエンサーを用いたsmall RNA-Seqを試験的に行い,非コードRNA発現プロファイルを取得することに成功した.
マーモセット精子幹細胞のセルソーターによる単離,ライブラリー作製,シークエンシングと順調に進めることができた.詳細なインフォマティクス解析を行いたい.
当初は,発生が進んだ花弁からのtotal RNA抽出は極めて効率が悪く,得られたtotal RNAの純度も低かった.各種のプロトコールを試みて,最終的には凋れた花弁からも効率良く純度の高いtotal RNAが得られるようになった.ゲノム編集は機能欠損により花に可視的な表現型が現れることが期待される遺伝子への変異導入に成功した.光学マッピングは良好なデータが獲得できた.

今後の研究の推進方策

2019年度まで開発した非コードRNAクラスタリング手法CNNclustの改良版として,教師無し深層学習手法を適用した新たな非コードRNAクラスタリング用のアルゴリズムの開発を加速化させ,既存他手法を精度で凌駕する.
同定したsmall RNAがどのようなRNAを標的として,自己複製,分化,ゲノムインテグリティーの維持といった精子幹細胞の働きにどのように関わっているのかを明らかにする.他のステージの生殖細胞のsmall RNA-seqも進める.
改良したプロトコールでアサガオの発生段階毎にtotal RNAを抽出して,RNA-seqにとりかかる.ゲノム編集により変異導入したアサガオを育成して花弁での表現型や変異の次世代への伝達を確認する.リファレンスゲノム配列の精度を向上するために,光学マッピングの結果の解析などを進める.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] An improved de novo genome assembly of the common marmoset genome yields improved contiguity and increased mapping rates of sequence data2020

    • 著者名/発表者名
      Jayakumar Vasanthan、Ishii Hiromi、Seki Misato、Kumita Wakako、Inoue Takashi、Hase Sumitaka、Sato Kengo、Okano Hideyuki、Sasaki Erika、Sakakibara Yasubumi
    • 雑誌名

      BMC Genomics

      巻: 21 ページ: s1286402066572

    • DOI

      10.1186/s12864-020-6657-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A conserved strategy of chalcone isomerase-like protein to rectify promiscuous chalcone synthase specificity2020

    • 著者名/発表者名
      T. Waki, A. Hoshino, et al.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 ページ: 870

    • DOI

      10.1038/s41467-020-14558-9

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Highly efficient induction of primate iPS cells by combining RNA transfection and chemical compounds2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Toshiaki、Yamazaki Shun、Yoneda Nao、Shinohara Haruka、Tomioka Ikuo、Higuchi Yuichiro、Yagoto Mika、Ema Masatsugu、Suemizu Hiroshi、Kawai Kenji、Sasaki Erika
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 24 ページ: 473~484

    • DOI

      10.1111/gtc.12702

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Generation of Yellow Flowers of the Japanese Morning Glory by Engineering Its Flavonoid Biosynthetic Pathway toward Aurones2019

    • 著者名/発表者名
      Hoshino Atsushi、Mizuno Takayuki、Shimizu Keiichi、Mori Shoko、Fukada-Tanaka Sachiko、Furukawa Kazuhiko、Ishiguro Kanako、Tanaka Yoshikazu、Iida Shigeru
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 60 ページ: 1871~1879

    • DOI

      10.1093/pcp/pcz101

    • 査読あり
  • [雑誌論文] バイオテクノロジーで幻の黄色いアサガオを再現する2019

    • 著者名/発表者名
      星野敦
    • 雑誌名

      B&I(バイオサイエンス&インダストリー)

      巻: 77 ページ: 438-439

  • [雑誌論文] フラボノイド代謝工学で咲いた幻の黄色いアサガオ2019

    • 著者名/発表者名
      星野敦
    • 雑誌名

      B&I(バイオサイエンス&インダストリー)

      巻: 77 ページ: 464-465

  • [雑誌論文] アサガオの多様な変異体リソースと高精度ゲノム情報2019

    • 著者名/発表者名
      仁田坂英二,星野敦
    • 雑誌名

      BSJ-Review

      巻: 10 ページ: 169

    • DOI

      10.24480/bsj-review.10c8.00168

  • [学会発表] Development of meta-transcriptome analysis method and its application to meta-transcriptome map of common marmoset2019

    • 著者名/発表者名
      Uehara M, Kominato M, Hase S, Inoue T, Sasaki E, Toyoda A, Sakakibara Y
    • 学会等名
      Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB) / International Society for Computational Biology (ISCB) 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 慶應大学における医療へのAI活用の現状と動向について2019

    • 著者名/発表者名
      榊原康文
    • 学会等名
      公益社団法人日本技術士会神奈川県支部 第80回CPD講座
    • 招待講演
  • [学会発表] アサガオのエピジェネティクスによる模様形成と経世代伝達2019

    • 著者名/発表者名
      星野敦
    • 学会等名
      日本進化学会第21回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Regulation of DNA methylation during marmoset germ cell development2019

    • 著者名/発表者名
      渡部聡朗、藪上春香、井上貴史、峰重隆幸、圦本晃海、黒滝陽子、喜多善亮、下郡智美、川路英哉、蓑田亜希子、佐々木えりか
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会
    • 招待講演
  • [学会発表] マーモセット胚の疑似着床後胚の培養法確立2019

    • 著者名/発表者名
      岸本恵子、Huaiyu Hu、佐々木えりか
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会
  • [学会発表] Editing the Non-Human Primate Genome2019

    • 著者名/発表者名
      Erika Sasaki
    • 学会等名
      Soceity for the Study of Reproduction 52nd Annual Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 完全版 ゲノム編集実験スタンダード2019

    • 著者名/発表者名
      山本 卓、佐久間 哲史
    • 総ページ数
      386
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      978-4-7581-2244-3

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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