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2014 年度 実績報告書

高次生物における1細胞内全遺伝子発現の網羅的1分子計測

研究課題

研究課題/領域番号 24687022
研究機関独立行政法人理化学研究所

研究代表者

谷口 雄一  独立行政法人理化学研究所, 生命システム研究センター, ユニットリーダー (90556276)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード1分子・1細胞生物学 / 生物物理学 / システム生物学 / 超高感度顕微鏡技術 / 微細加工技術 / 生命反応の物理
研究実績の概要

本研究では、高次生物(酵母、ヒト細胞)において1つ1つの細胞の遺伝子発現特性を1分子レベルで、かつ全遺伝子レベルで調べるシステムの開発を目指している。前年までの研究により、細胞内で発現しているタンパク質を1分子レベルでイメージングするライトシート型蛍光顕微鏡システムの開発を行ってきた(PCT/JP2014/059883)。本年度においては、膨大な数の遺伝子を一挙に解析できるハイスループット測定システムの開発、並びに培養条件下で細胞の測定を行うための温度チャンバーの導入を行った。ハイスループット化を行うにあたり、代表者はレーザー加工機を用いてマルチウェルデバイスを設計・構築し、結果、数十遺伝子の発現動態を逐次的に解析する実験系を構築することに成功した。さらに温度調節チャンバーの導入により、高次生物の遺伝子発現の確率的ダイナミクスをリアルタイムに測定できるようになった。
代表者はさらに、モデル生物である出芽酵母の十数個の遺伝子をピックアップし、これらの発現過程を開発したシステムを用いて追跡することで、遺伝子発現ノイズの生成ルールとメカニズムを調べた。タンパク質の発現測定は、蛍光タンパク質であるVenusの配列をゲノムDNA内の注目する遺伝子のコード領域に挿入し、タンパク質発現と同期して行われる蛍光タンパク質の発現を顕微鏡で捉えることにより行った。この解析の結果、出芽酵母におけるノイズ生成の法則性が見えてきており、現在大腸菌との比較実験、並びに数理モデルを用いた解析を進めている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

計画では細胞内における遺伝子発現量のカウントのみを行う予定であったが、本年度の開発で温度チャンバーの導入に成功し、遺伝子発現量のダイナミクスを追跡できるようになったため。

今後の研究の推進方策

今後は測定システムを用いて他の遺伝子群、あるいは他の生物種(分裂酵母、ES細胞等)の遺伝子発現解析を行うことで、より一般的な遺伝子発現機構の理解に迫りたいと考えている。また本研究では、遺伝子発現ダイナミクスの解析が新たに可能となり、新たな解析の可能性が見えてきた。ダイナミクス情報の解析・応用のための方法論について研究プランを練りたいと考えている。

次年度使用額が生じた理由

本年度においては、多色蛍光観察装置を用いて出芽酵母の遺伝子発現量の相関解析を行う予定であったが、蛍光観察に用いるレーザーに不具合が生じたために当初の実験計画を変更したため、未使用額が生じている。

次年度使用額の使用計画

このため、発現量の相関解析を次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てたいと考えている。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 4件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] 1細胞遺伝子発現動態のゲノムワイド解析とモデル化2015

    • 著者名/発表者名
      谷口雄一
    • 雑誌名

      細胞工学

      巻: 34 ページ: 251-257

  • [雑誌論文] 細菌の意思決定2014

    • 著者名/発表者名
      谷口雄一
    • 雑誌名

      パリティ

      巻: 29 ページ: 12-21

  • [雑誌論文] 1細胞遺伝子発現解析2014

    • 著者名/発表者名
      谷口雄一
    • 雑誌名

      生体の化学

      巻: 65 ページ: 410-411

  • [雑誌論文] Protein expression analyses at the single cell level2014

    • 著者名/発表者名
      Ohno, M., Karagiannis, P., Taniguchi, Y.
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 19 ページ: 13932-13947

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 一細胞遺伝子発現動態のゲノムワイド解析とモデル化2015

    • 著者名/発表者名
      谷口雄一
    • 学会等名
      物性談話会
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋市)
    • 年月日
      2015-01-23 – 2015-01-23
    • 招待講演
  • [学会発表] 単一大腸菌細胞における遺伝子発現のゆらぎ・ばらつきの定量化2014

    • 著者名/発表者名
      谷口雄一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会超微形態解析研究部会主催研究会
    • 発表場所
      帝京平成大学(豊島区)
    • 年月日
      2014-11-22 – 2014-11-22
    • 招待講演
  • [学会発表] 全ゲノムスケールでの遺伝子発現ノイズ・動態の1分子レベルでの定量化2014

    • 著者名/発表者名
      谷口雄一
    • 学会等名
      第87回日本生化学会年会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都市)
    • 年月日
      2014-10-15 – 2014-10-15
    • 招待講演
  • [学会発表] Mining genome-wide datasets of single-cell gene expressions at single-molecule resolution2014

    • 著者名/発表者名
      Taniguchi, Y.
    • 学会等名
      52th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      Sapporo convention center (Sapporo, Japan)
    • 年月日
      2014-09-27 – 2014-09-27
    • 招待講演
  • [図書] 1分子ナノバイオ計測(野地博行著) 13章:転写翻訳1細胞定量測定2014

    • 著者名/発表者名
      谷口雄一
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      化学同人
  • [産業財産権] Microscope, focusing unit, fluid holding unit, and optical unit2014

    • 発明者名
      Taniguchi, Y., Nishimura, K.
    • 権利者名
      独立行政法人理化学研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2014/059883
    • 出願年月日
      2014-04-03
    • 外国

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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