1細胞メタボローム・プロテオーム分析によるがん細胞株の分子フェノタイプ解析

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K05167
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 和泉 自泰 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (70622166)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 1細胞メタボローム解析 / 1細胞プロテオーム解析 / シングルセル / 1細胞解析 / がん細胞

研究実績の概要

今年度は，1細胞ショットガンプロテオーム解析を実施するためのシステム統合を検討した．具体的な操作方法としては，半自動ナノピペットデバイスを使用して細胞サンプリングキャピラリー内に細胞溶解バッファー，ターゲット細胞，細胞溶解バッファー，トリプシン溶液の順に顕微鏡下で連続的に吸引した．次に，細胞サンプリングキャピラリーを50 ℃のオーブン内で30分間反応させることにより，ペプチド消化物を得た．この新たな1細胞プロテオーム解析のための試料調製法 (in-line sample preparation for efficient cellular proteomics, ISPEC-P 2.0) は従来のISPEC-P 1.0と比較して1細胞のサンプル調製にかかる時間が2時間から1時間に短縮された．次にISPEC-P 2.0の実用性について，カラム内径のダウンサイジング（内径30μm）と 密閉型Nano-ESIイオンソースを用いた高感度Nano-LC/MS/MSプロテオーム分析システムを用いて評価した．その結果，HeLa1細胞から421ペプチド，166タンパク質の同定に成功した．
最後に，開発した超高感度解析システムを用いて，細胞周期の進行をリアルタイムに観察可能なFucci (Fluorescent Ubiquitination-based Cell Cycle Indicator) HeLa 細胞の細胞周期ごとのタンパク質の情報の取得を行った．顕微鏡下で蛍光を指標にG1、S、G2/M期の細胞を各10個ずつキャピラリー内に回収処理しショットガンプロテオーム解析による比較を行った．その結果G1期，S期，G2/M期からそれぞれ460，396，564種類のタンパク質を同定することに成功した．

研究成果

• [雑誌論文] Quantitative metabolomics for dynamic metabolic engineering using stable isotope labeled internal standards mixture (SILIS). (2022)
  • 著者名/発表者名: Soma Y#, Takahashi M#, Fujiwara Y, Tomiyasu N, Goto M, Hanai T, Izumi Y, Bamba T*.
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 133(1) ページ: 46-55
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2021.09.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative evaluation of plasma metabolomic data from multiple laboratories. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nishiumi S#*, Izumi Y#*, Hirayama A#*, Takahashi M, Nakao M, Hata K, Saigusa D, Hishinuma E, Matsukawa N, M Tokuoka S, Kita Y, Hamano F, Okahashi N, Ikeda K, Nakanishi H, Saito K, Yokota Hirai M, Yoshida M, Oda Y, Matsuda F, Bamba T.
  • 雑誌名: Metabolites 巻: 12(2) ページ: 135
  • DOI: 10.3390/metabo12020135
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Targeting leukemia-specific dependence on the de novo purine synthesis pathway. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi T, Miyawaki K, Semba Y, Takahashi M, Izumi Y, Nogami J, Nakao F, Sugio T, Sasaki K, Pinello L, Bauer DE, Bamba T, Akashi K, Maeda T*.
  • 雑誌名: Leukemia 巻: 36(2) ページ: 383-393
  • DOI: 10.1038/s41375-021-01369-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of supercritical fluid chromatography retention behaviors using quantitative structure-retention relationships. (2022)
  • 著者名/発表者名: Si-Hung L, Izumi Y, Nakao M, Takahashi M, Bamba T*.
  • 雑誌名: Anal. Chim. Acta 巻: 1197 ページ: 339463
  • DOI: 10.1016/j.aca.2022.339463
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differential effect of canagliflozin, a sodium-glucose cotransporter (SGLT2) inhibitor, on slow and fast skeletal muscles from nondiabetic mice. (2022)
  • 著者名/発表者名: Otsuka H, Yokomizo H*, Nakamura S, Izumi Y, Takahashi M, Obara S, Nakao M, Ikeda Y, Sato N, Sakamoto R, Miyachi Y, Miyazawa T, Bamba T, Ogawa Y*.
  • 雑誌名: Biochem. J. 巻: 479(3) ページ: 425-444
  • DOI: 10.1042/BCJ20210700
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kastor and Polluks polypeptides encoded by a single gene locus cooperatively regulate VDAC and spermatogenesis. (2022)
  • 著者名/発表者名: Mise S#, Matsumoto A#*, Shimada K, Hosaka T, Takahashi M, Ichihara K, Shimizu H, Shiraishi C, Saito D, Suyama M, Yasuda T, Ide T, Izumi Y, Bamba T, Kimura-Someya T, Shirouzu M, Miyata H, Ikawa M, Nakayama KI*.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 13(1) ページ: 1071
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28677-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Skeletal muscle-specific Keap1 disruption modulates fatty acid utilization and enhances exercise capacity in female mice. (2021)
  • 著者名/発表者名: Onoki T, Izumi Y, Takahashi M, Murakami S, Matsumaru D, Ohta N, Wati SM, Hatanaka N, Katsuoka F, Okutsu M, Yabe Y, Hagiwara Y, Kanzaki M, Bamba T, Itoi E, Motohashi H*.
  • 雑誌名: Redox Biol. 巻: 43 ページ: 101966
  • DOI: 10.1016/j.redox.2021.101966
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance of functionalized monolithic silica capillary columns with different mesopore sizes using radical polymerization of octadecyl methacrylate. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hara T, Baron G V, Hata K, Izumi Y, Bamba T*, Desmet G*
  • 雑誌名: J. Chromatogr. A 巻: 1651 ページ: 462282
  • DOI: 10.1016/j.chroma.2021.462282
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Design of synthetic quorum sensing achieving induction timing-independent signal stabilization for dynamic metabolic engineering of E. coli. (2021)
  • 著者名/発表者名: Soma Y, Takahashi M, Fujiwara Y, Shinohara T, Izumi Y, Hanai T*, Bamba T*.
  • 雑誌名: ACS Synth. Biol. 巻: 10(6) ページ: 1384-1393
  • DOI: 10.1021/acssynbio.1c00008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Produced β-hydroxybutyrate after β-hydroxy-β-methylbutyrate (HMB) administration may contribute HMB function in mice. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ikeda K#, Takahashi M#, Aburaya S, Harada D, Ikeda M, Kitagawa Y, Soma Y, Izumi Y, Bamba T, Furuse M*.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Rep. 巻: 27 ページ: 101097
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2021.101097
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Porphyromonas gingivalis induces entero-hepatic metabolic derangements with alteration of gut microbiota in a type 2 diabetes mouse model. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kashiwagi Y#, Aburaya S#, Sugiyama N#, Narukawa Y, Sakamoto Y, Takahashi M, Uemura H, Yamashita R, Tominaga S, Hayashi S, Nozaki T, Yamada S, Izumi Y, Kashiwagi A, Bamba T, Ishihama Y, Murakami S*.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 11(1) ページ: 18398
  • DOI: 10.1038/s41598-021-97868-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of kit-based metabolomics with other methodologies in a large cohort, towards establishing reference values. (2021)
  • 著者名/発表者名: Saigusa D*, Hishinuma E, Matsukawa N, Takahashi M, Inoue J, Tadaka S, Motoike I N, Hozawa A, Izumi Y, Bamba T, Kinoshita K, Ekroos K, Koshiba S, Yamamoto M.
  • 雑誌名: Metabolites 巻: 11(10) ページ: 652
  • DOI: 10.3390/metabo11100652
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural library and visualization of endogenously oxidized phosphatidylcholines using mass spectrometry-based techniques. (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka Y, Takahashi M, Sugiura Y, Izumi Y, Nishiyama K, Nishida M, Suematsu M, Bamba T, Yamada KI*.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 12(1) ページ: 6339
  • DOI: 10.1038/s41467-021-26633-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detection and structural analysis of pyrimidine-derived radicals generated on DNA using a profluorescent nitroxide probe. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi K, Matsuoka Y, Takahashi M, Izumi Y, Taniguchi Y, Kawai K, Bamba T, Yamada KI*.
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 58(1) ページ: 56-59
  • DOI: 10.1039/d1cc04998d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enzyme systems involved in glucosinolate metabolism in Companilactobacillus farciminis KB1089. (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H#, Usami R#, Kishino S#, Osada K, Aoki Y, Morisaka H, Takahashi M, Izumi Y, Bamba T, Aoki W, Suganuma H, Ogawa J*.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 11(1) ページ: 23715
  • DOI: 10.1038/s41598-021-03064-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 次世代のメタボローム計測． (2021)
  • 著者名/発表者名: 和泉自泰*
  • 雑誌名: 生物工学 巻: 99(5) ページ: 229-232
  • DOI: 10.34565/seibutsukogaku.99.5_229
• [学会発表] 高感度nano-uHILIC/AEX/MS/MSによる少数細胞集団試料のメタボローム分析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇中谷 航太，和泉 自泰，秦 康祐，高橋 政友，内田 穣，石井 優，馬場 健史
  • 学会等名: 第69回 質量分析総合討論会
• [学会発表] メタボロミクスデータ統合に向けた施設間比較の検証と今後の課題 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇和泉 自泰
  • 学会等名: 第69回 質量分析総合討論会
• [学会発表] LC/MSを基盤とした血漿メタボローム分析法の性能評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇今戸 優理，油屋 駿介，高橋 政友，中谷 航太，相馬 悠希，和泉 自泰，馬場 健史
  • 学会等名: 第69回 質量分析総合討論会
• [学会発表] 免疫受容体の新規脂質リガンド探索のためのLC-TriVersa NanoMate/HRMS/MSを基盤とした解析プラットフォームの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇富安 範行，和泉 自泰，高橋 政友，西村 直矢，豊永 憲司，相馬 悠希，山崎 晶，馬場 健史
  • 学会等名: 第69回 質量分析総合討論会
• [学会発表] ナノ液体クロマトグラフィー質量分析を基盤としたシングルセル分子フェノタイプ解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇和泉 自泰，馬場 健史
  • 学会等名: 代謝統合オミクス 第2回 新学術計測セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Development of a widely-targeted quantitative lipidomics methodology by supercritical fluid chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometry (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Takeda, Yoshihiro Izumi, Masatomo Takahashi, Motonao Nakao, 〇Takeshi Bamba
  • 学会等名: Metabolomics 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Remote solid cancers rewire hepatic nitrogen metabolism via host nicotinamide-N-methyltransferase (2021)
  • 著者名/発表者名: Rin Mizuno, Hiroaki Hojo, Masatomo Takahashi, Soshiro Kashio, Sora Enya, Motonao Nakao, Riyo Konishi, Junzo Hamanishi, Hiroshi Kawamoto, Masaki Mandai, Yutaka Suzuki, Masayuki Miura, Takeshi Bamba, Yoshihiro Izumi, 〇Shinpei Kawaoka
  • 学会等名: 6th Cancer Cachexia Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 質量分析を基盤とした神経幹細胞のマルチオミクス解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇和泉 自泰
  • 学会等名: 第64回 日本神経化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] シングルセル最先端解析技術の紹介 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇竹山 春子，〇松永 浩子，〇秦 康祐，〇中谷 航太，〇和泉 自泰，馬場 健史
  • 学会等名: 早稲田大学 BINDS ユニット連携講習会
• [学会発表] 定量リピドーム分析によるエクソソーム解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇和泉 自泰
  • 学会等名: 第15回 メタボロームシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Vitamin B6 is an Oxygen-Sensitive Nutrient Shaping Macrophage Inflammatory Phenotype under Chronic Hypoxia by Suppressing Lysosomal Activity (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇Hiroki Sekine, Akihiro Kishino, Hayato Anzawa, Yoshihiro Izumi, Masatomo Takahashi, Takeshi Bamba, Kengo Kinoshita, Hozumi Motohashi
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory meeting
  • 国際学会
• [学会発表] ナノ液体クロマトグラフィー質量分析を基盤としたシングルセル分子フェノタイプ解析法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇和泉 自泰，秦 康祐，中谷 航太，山村 昌平，松本 雅記，馬場 健史
  • 学会等名: 第94回 日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Newly developed mass spectrometry-based analytical system for single-cell metabolomics and proteomics (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇Yoshihiro Izumi, Kosuke Hata, Kohta Nakatani, Shohei Yamamura, Masaki Matsumoto, Takeshi Bamba
  • 学会等名: The 26th Symposium of Young Asian Biological Engineers’ Community
  • 国際学会
• [学会発表] Challenge to single-cell metabolome and proteome analyses (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇Yoshihiro Izumi, Kohta Nakatani, Kosuke Hata, Shohei Yamamura, Masaki Matsumoto, Takeshi Bamba
  • 学会等名: 第59回 日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 呼吸鎖阻害に対するがん細胞と出芽酵母の代謝アダプテーション解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇澤井 茜，清家 泰介，岡橋 伸幸，和泉 自泰，馬場 健史，松田 史生
  • 学会等名: 第44回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] 持続的NFκBの持続的な活性化による細胞老化の誘導 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇田畑 祥，溝口 亜紀美，Miguel Luis A. Francisco，高橋 政友，和泉 自泰，馬場 健史，岡田 眞里子
  • 学会等名: 第44回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] LC-nESI-HRMS/MSを基盤とした免疫受容体の脂質リガンド探索プラットフォームの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: ◯富安 範行，和泉 自泰，高橋 政友，西村 直矢，豊永 憲司，相馬 悠希，山崎 晶，馬場 健史
  • 学会等名: 第27回 日本生物工学会九州支部 大分大会（2021）
• [学会発表] エクソソームの定量リピドーム解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇和泉 自泰, 西田 奈央, 竹田 浩章, 高橋 政友, 落谷 孝広, 馬場 健史
  • 学会等名: 第3回 脂質駆動学術産業創生研究部会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] メタボロミクスを活用した肝細胞における中鎖脂肪酸代謝物解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 〇伏見 達也，和泉 自泰，高橋 政友，秦 康祐，村野 賢博，馬場 健史
  • 学会等名: 第3回 脂質駆動学術産業創生研究部会講演会