ヒト固有性の分子基盤解明にむけた霊長類脳１細胞統合マルチオミックス解析

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22H02710
• 配分区分: 補助金
• 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): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: ヒト / チンパンジー / 類人猿 / 進化 / オミックス / 脳 / シングルセル / 霊長類

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った．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，シングルセルト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核ト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し，実験を推進した．
令和4年度は，短鎖型シーケンサーを用いたハイスループットトランスクリプトーム解析と長鎖型シーケンサーを用いた1細胞完全長トランスクリプトーム解析を行った．
短鎖型シーケンサーを用いた解析では，ヒト2検体，チンパンジー1個体，ゴリラ1個体死後脳の前頭前野と海馬からサンプルあたり平均7,000個の細胞核の遺伝子発現データを取得した．情報解析の結果，それぞれのサンプルから１細胞核あたり平均2,500遺伝子の発現データを取得することができた．前頭前野と海馬由来の合計8サンプルを統合して解析した結果，合計28種類の細胞タイプを同定することができた．各細胞タイプにおける3種間の構成比を検討した結果，3種間で大きな偏りが認められる細胞タイプを同定した．特に，ミクログリアにおいてはヒト特異的な細胞タイプの存在が示唆された．
長鎖型シーケンサーを用いた1細胞完全長トランスクリプトーム解析に関しては，シーケンス結果を取得し，解析中である．

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

短鎖型シーケンサーを用いた解析では，ヒト2検体，チンパンジー1個体，ゴリラ1個体死後脳の前頭前野と海馬からサンプルあたり4,300から11,300個（平均7,000個）の細胞核の遺伝子発現データを取得した．情報解析の結果，それぞれのサンプルから１細胞核あたり1,600から3,600遺伝子（平均2,500遺伝子）の発現データを取得することができた．前頭前野と海馬由来の合計8サンプルを統合して解析した結果，11種類の興奮性神経細胞，8種類の抑制性神経細胞，2種類のアストロサイト，3種類のオリゴデンドロサイト，1種類のオリゴデンドロサイト前駆細胞，2種類のミクログリア，1種類の上皮細胞を同定することができた．各細胞タイプにおける3種間の構成比を検討した結果，3種間で大きな偏りが認められる細胞タイプを同定した．マウスとの比較を行った先行研究によりヒト特異的な抑制性神経細胞と思われていた細胞タイプはヒトだけでなくチンパンジーとゴリラにも存在することを明らかにした．一方で，ミクログリアにおいてはヒト特異的な細胞タイプの存在が示唆された． 長鎖型シーケンサーを用いた1細胞完全長トランスクリプトーム解析に関しては，シーケンス結果を取得し，解析中である．

今後の研究の推進方策

短鎖型シーケンサーを用いた解析に加えて長鎖型シーケンサーを用いた1細胞完全長トランスクリプトーム解析を行うことで，ヒト（あるいはチンパンジー）特異的かつ細胞タイプ特異的なアイソフォームの同定が可能になる．種特異的なアイソフォームを細胞タイプの粒度で明らかにした研究は世界初の研究になると思われ，高いインパクトが期待できる．

研究成果

• [雑誌論文] Gene expression profiling of the masticatory muscle tendons and Achilles tendons under tensile strain in the Japanese macaque Macaca fuscata (2023)
  • 著者名/発表者名: Ito Ko、Go Yasuhiro、Tatsumoto Shoji、Usui Chika、Mizuno Yosuke、Ikami Eiji、Isozaki Yuta、Usui Michihiko、Kajihara Takeshi、Yoda Tetsuya、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko、Sato Tsuyoshi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 18 ページ: e0280649
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0280649
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cognitive genomics of learning delay and low level of social performance monitoring in macaque (2022)
  • 著者名/発表者名: Ninomiya Taihei、Noritake Atsushi、Tatsumoto Shoji、Go Yasuhiro、Isoda Masaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: 16539
  • DOI: 10.1038/s41598-022-20948-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nicotinic acetylcholine receptors in a songbird brain (2022)
  • 著者名/発表者名: Asogwa Norman Chinweike、Toji Noriyuki、He Ziwei、Shao Chengru、Shibata Yukino、Tatsumoto Shoji、Ishikawa Hiroe、Go Yasuhiro、Wada Kazuhiro
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 530 ページ: 1966～1991
  • DOI: 10.1002/cne.25314
  • 査読あり
• [雑誌論文] Uterus-specific transcriptional regulation underlies eggshell pigment production in Japanese quail (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishishita Satoshi、Kitahara Shumpei、Takahashi Mayuko、Iwasaki Sakura、Tatsumoto Shoji、Hara Izumi、Kaneko Yoshiki、Kinoshita Keiji、Yamaguchi Katsushi、Harada Akihito、Ohmori Yasushige、Ohkawa Yasuyuki、Go Yasuhiro、Shigenobu Shuji、Matsuda Yoichi、Suzuki Takayuki
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 17 ページ: e0265008
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0265008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] マーモセットにおける遺伝的多様性解析および精神・神経疾患関連遺伝子解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 郷康広，辰本将司，臼井千夏，野口京子，石川裕恵
  • 学会等名: 第12回日本マーモセット研究会
• [学会発表] Single-cell brain transcriptome analysis in autism model primates (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Go
  • 学会等名: ACC International Symposium 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Single-nucleus brain transcriptome analysis in autism model primates and humans and apes (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Go
  • 学会等名: 学術変革B「ハブ決定剛軟因子」領域会議
  • 招待講演
• [学会発表] Social behavior analysis of monkeys in a group based on a novel 3D markerless motion capture system (2023)
  • 著者名/発表者名: Jumpei Matsumoto, Takaaki Kaneko, Kei Kimura, Salvador Blanco Negrete, Naoko Suda-Hashimoto, Akihisa Kaneko, Mayumi Morimoto, Eri Sumiya, Hiroshi Nishimaru, Tsuyoshi Setogawa, Yasuhiro Go, Tomohiro Shibata, Hisao Nishijo, Masahiko Takada, Ken-ichi Inoue
  • 学会等名: 第100回日本生理学会大会
• [学会発表] 自閉症モデル霊長類における1細胞遺伝子発現解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 郷康広
  • 学会等名: シングルセルゲノミクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 自閉症様マーモセット脳における1細胞遺伝子発現解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 郷康広
  • 学会等名: 日本遺伝学会第94回大会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒトと類人猿の脳における1細胞遺伝子発現解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 郷康広，辰本将司，石川裕恵，臼井千夏，野口京子，大石高生
  • 学会等名: 第76回日本人類学会大会・第38回日本霊長類学会大会連合大会
• [学会発表] 適応回路を担う細胞種センサス技術の開発と高度化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 郷康広
  • 学会等名: 「次世代脳」プロジェクト2022冬のシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 鳴禽類の歌学習において学習可能性を象徴する細胞タイプ特異的トランスクリプトームシグネチャー (2022)
  • 著者名/発表者名: 田路矩之，柴田ゆき野，辰本将司，石川裕恵，郷康広，和多和宏
  • 学会等名: 日本遺伝学会第94回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 縮約ゲノム解析による日本産モグラ類（Mogera imaizumii, Mogera wogura）の系統地理学的解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 角井建, 木下豪太, 原田正史, 佐藤淳, 郷康広, 辰本将司, 三橋れい子, 鈴木仁, 長田直樹
  • 学会等名: 日本遺伝学会第94回大会
• [学会発表] メダカを用いた大胆/臆病に関わる個性の遺伝子基盤解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中豪, 成瀬清, 郷康広, 辰本将司, 豊田敦, 勝村啓史, 中川真一, 横井佐織
  • 学会等名: 日本遺伝学会第94回大会
• [学会発表] Gene expression profiles in neurons recorded by in vivo extracellular recordings (2022)
  • 著者名/発表者名: 柳下晴也、岡本和樹、郷康広、池谷裕二、佐々木拓哉
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会・第65回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会合同大会
• [学会発表] 3D markerless motion capture of multiple freely behaving monkeys in a group cage (2022)
  • 著者名/発表者名: Jumpei Matsumoto, Takaaki Kaneko, Kei Kimura, Naoko Suda-Hashimoto, Akihisa Kaneko, Mayumi Morimoto, Salvador Blanco Negrete, Naoko Suda-Hashimoto, Akihisa Kaneko, Mayumi Morimoto, Eri Sumiya, Hiroshi Nishimaru, Tsuyoshi Setogawa, Yasuhiro Go, Tomohiro Shibata, Hisao Nishijo, Masahiko Takada, Ken-ichi Inoue
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会・第65回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会合同大会
• [図書] 革新脳と関連プロジェクトから見えてきた新しい脳科学 (2022)
  • 著者名/発表者名: 郷康広（分担執筆），岡野栄之（編集）
  • 総ページ数: 132
  • 出版者: 生体の科学（医学書院）
• [備考] 兵庫県立大学大学院情報科学研究科の郷のページ
  • URL: https://u-hyogo.info/research/faculty/go/
• [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/
• [備考] NHK「ヒューマニエンス」に出演
  • URL: https://www.excells.orion.ac.jp/news/5729