研究課題
ゲノムDNAの状態変化はがんをはじめとする疾患の原因となるため、一塩基変異やDNAコピー数の解析が盛んに行われている。特にDNAコピー数異常は、複数の遺伝子の発現量に影響を与えることから、細胞の増殖能や分化状態に大きな影響を与えていることが報告されており、ゲノムワイドなDNAコピー数解析は細胞状態の評価に用いられている。一方で、これらの解析は細胞を破砕することでDNAを得るために、経時的な変化を捉えることは困難である。そのため、本研究の目的は、細胞を破砕することなく、培養細胞のゲノム状態を解析する方法を開発し、経時的なゲノム異常やエピゲノム変化を捉えるシステムを提供することである。まず、4種類のヒトiPS細胞株、5種類のがん細胞株に対して、従来法である細胞内ゲノムDNAを用いてSNPアレイを用いたDNAコピー数解析を行ってきた。そして、その培養上清から回収されたDNA(cell-free DNA, cfDNA)の配列を、並列シークエンサーを用いてゲノムワイドに解析することで、細胞を破砕せずにDNAコピー数を算出する試みを進めている。本研究では、（１）従来法によるゲノムDNAを用いたDNAコピー数解析と、培養上清より得られたDNAコピー数に相関が見られるか検証する、（２）細胞集団に存在するDNAコピー数モザイシズムを検出する実験手法、データ解析手法を開発する。そして、様々な細胞株のDNAコピー数を経時的に計測する系を確立することで、培養細胞の品質管理の新しい方法を提供する。
2: おおむね順調に進展している
本年度は、コロナ禍にあって一部の実験の実施が制限されたが、既に取得済みのデータを用いたインフォマティクス解析を進めた。シークエンシングリード数の移動平均を取ることで、領域特異的なノイズを軽減することに成功した。また、計算されたDNAコピー数について、ヒートマップ表示を行うことで、コピー数の減少や増幅を可視化することが可能となった。移動平均のビンサイズを最適化することによって、継代の異なる同一細胞株の比較について、ゲノムDNAとcfDNAでおおよそ一致した結果が得られたことにより、本方法が妥当であることが示された。このように、本研究の目的の一つである自律的なコピー数の算出への道筋を示すことができた。
現在、細胞株毎にDNAコピー数のビンサイズを最適化しているが、この操作をより客観的に行う解析方法の開発を進める。また、異なる臓器より樹立された細胞株などで、本研究の手法ができるか否か検証する。
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医学のあゆみ「一細胞解析―技術と応用―」
巻: 276巻10号 ページ: 1003-1009
iScience
巻: 23(12) ページ: 101774
10.1016/j.isci.2020.101774
