ヒト特異的な脳細胞は果たしてあるのか？シングルセル比較トランスクリプトーム解析

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03313
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究
• 研究代表者: 郷 康広 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 特任准教授 (50377123)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 進化 / 脳 / ヒト / チンパンジー / 類人猿 / シングルセル

研究実績の概要

ヒトらしさをつかさどるヒト特異的脳細胞を同定するために，ヒトと類人猿の死後脳を用いたシングルセル比較トランスクリプトーム解析を行うことを目的とした．ヒトや類人猿は実験動物ではないため，新鮮な脳試料を入手することが難しい．そのため，シングルセルスランスクリプトーム解析に通常用いられる生細胞ではなく，凍結試料でも使用が可能であると考えられている細胞核を用いたシングルセル（核）スランスクリプトーム解析の実験プロトコル・解析パイプラインを構築する必要がある．令和2年度は，マウス凍結脳を用いた脳組織分散，細胞核の単離，シングル核トランスクリプトーム解析用ライブラリ作成，シーケンス，情報解析の各ステップの最適化を行った．その結果，一度の実験で一つのサンプルから約1万細胞核分の発現情報を得るプロトコル・パイプラインを構築することができた．また，生物学的反復実験（biological replicate）数を増大させるために，複数のサンプルを事前のタグ付けすることなしに，解析的に個体の変異情報から区別するための情報解析手法を構築した．このことにより，コストの増大なしに反復数（＝サンプル数）を増やすことが可能となり，より頑強な統計解析を行うことが可能となった．さらに，解析対象細胞（核）数を約20倍向上させるためのプロトコルを開発し，予備実験を行うためのプロトコルの検討を行った．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

細胞核を用いたシングル核トランスクリプトーム解析のための実験・解析パイプラインをマウス凍結脳試料を用いて構築した．類人猿の死後脳に関しては，過去の研究において収集したものを利用するほか，新たな脳サンプル収集に関する共同利用研究の手続きを進めた．ヒトの死後脳利用に関しても倫理申請などを含めた共同研究体制を構築した．一方で，死後脳の利用を考えていた京都大学霊長類研究所および新潟大学脳研究所への出張が，コロナ禍による影響を受け，計画通りには進展しなかった．

今後の研究の推進方策

類人猿としてチンパンジー，ゴリラの死後脳収集を京都大学霊長類研究所との共同研究として行う．ヒトの死後脳収集に関しては新潟大脳研究所との共同研究として行う．すでに両研究所とは共同利用・共同研究体制を構築済みである．
収集したヒトと類人猿凍結脳試料を用いてシングル核トランスクリプトーム実験を行う．マウスで構築したプロトコル・パイプラインを用いて，ヒト・類人猿でも同様の結果が得られるかどうか検証する．
さらに，生物学的反復実験数および解析細胞（核）数の向上を目指し令和2年度に開発したプロトコルを適用し，実験・解析を進める．

研究成果

• [雑誌論文] MacaquePose: A Novel “In the Wild” Macaque Monkey Pose Dataset for Markerless Motion Capture (2021)
  • 著者名/発表者名: Labuguen Rollyn, Matsumoto Jumpei, Negrete Salvador Blanco, Nishimaru Hiroshi, Nishijo Hisao, Takada Masahiko, Go Yasuhiro, Inoue Ken-ichi, Shibata Tomohiro
  • 雑誌名: Frontiers in Behavioral Neuroscience 巻: 14 ページ: 581154
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2020.581154
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Population history and genomic admixture of sea snakes of the genus Laticauda in the West Pacific (2021)
  • 著者名/発表者名: Kishida Takushi, Toda Mamoru, Go Yasuhiro, Tatsumoto Shoji, Sasai Takahide, Hikida Tsutomu
  • 雑誌名: Molecular Phylogenetics and Evolution 巻: 155 ページ: 107005
  • DOI: 10.1016/j.ympev.2020.107005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redundant type II cadherins define neuroepithelial cell states for cytoarchitectonic robustness (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiraga Kou, Inoue Yukiko U., Asami Junko, Hotta Mayuko, Morimoto Yuki, Tatsumoto Shoji, Hoshino Mikio, Go Yasuhiro, Inoue Takayoshi
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 ページ: 574
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01297-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptome analysis revealed misregulated gene expression in blastoderms of interspecific chicken and Japanese quail F1 hybrids (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishishita Satoshi, Tatsumoto Shoji, Kinoshita Keiji, Nunome Mitsuo, Suzuki Takayuki, Go Yasuhiro, Matsuda Yoichi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 ページ: e0240183
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0240183
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] AUTS2 Regulation of Synapses for Proper Synaptic Inputs and Social Communication (2020)
  • 著者名/発表者名: Hori K, Yamashiro K, Nagai T, Shan W, Egusa SF, Shimaoka K, Kuniishi H, Sekiguchi M, Go Y, Tatsumoto S, Yamada M, Shiraishi R, Kanno K, Miyashita S, Sakamoto A, Abe M, Sakimura K, Sone M, Sohya K, Kunugi H, Wada K, Yamada M, Yamada K, Hoshino M.
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 ページ: 101183
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101183
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 自閉症モデルマーモセット脳におけるシングルセル遺伝子発現解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 郷康広，渡邊恵，小賀智文，辰本将司，石川裕恵，臼井千夏，一戸紀孝
  • 学会等名: 第10回日本マーモセット研究会
• [学会発表] ニホンノウサギが冬季に白化するか茶色のままかを決める原因遺伝子と進化史 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木下豪太，布目三夫，郷康広，牧野能士，辰本将司，Alexey P KRYUKOV，Sang-Hoon HAN，Irina KARTAVTSEVA，永野惇，山田文雄，鈴木仁，井鷺裕司
  • 学会等名: 第68回日本生態学会大会
• [学会発表] ヒトとチンパンジーの選択的スプライシングの多様性解析とその脳内表現 (2020)
  • 著者名/発表者名: 郷康広，辰本将司，石川裕恵
  • 学会等名: 第36回日本霊長類学会
• [学会発表] 脳・こころの個性・多様性理解にむけた比較認知ゲノム研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 郷康広
  • 学会等名: 第3回ExCELLSシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Glial cells missing 1は損傷脳においてグリア細胞分化と血管新生を促進する (2020)
  • 著者名/発表者名: 林義剛，福家聡，郷康広，中林一彦，Adbullah Asmaa，Mohd Zakiyyah，守村直子，Daun Kenny，小山なつ，等誠司
  • 学会等名: 第63回日本神経化学会大会
• [備考] 自然科学研究機構生命創成探究センター（郷ラボ）のホームページ
  • URL: http://www.nips.ac.jp/coggen/index.html