独自新規法を用いた遺伝子発現に基づくデジタル脳図譜作成とその解析

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25560428
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 於保 祐子 独立行政法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 客員研究員 (60381571)
• 研究分担者: 横田 秀夫 独立行政法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, チームリーダー (00261206)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 共発現解析 / 遺伝子発現 / 脳地図 / バイオインフォマティクス

研究実績の概要

独自に開発した遺伝子発現３次元地図作成法（トランスクリプトーム・トモグラフィー：ＴＴ法）を高精度化し、可塑性の高い発達期マウス脳で経時的な発現情報を詳細に測定・データベース化し、脳が恒常性を維持しながら形態を変え・機能を獲得する仕組みを、遺伝子共発現解析などのインフォマティクス手法と脳形態・組織情報を融合して解析するアトラス インフォマティクスという新手法で捉え、神経科学の基盤となる、ウェブ上で双方向に利用可能な遺伝子発現脳図譜の構築をめざして研究を行った。
ＴＴ法を使って、C57BL/6J マウスの発達期脳での網羅的遺伝子発現情報を１３年度２時点、１４年度に新たに１時点、合計　生後３日、７日、３週で取得し、既に３次元地図化した８週と合わせ4 点での発現情報データを得た。其々の脳について、MRI画像（T1, T2強調）も取得した。
ＴＴ法で作成した３次元遺伝子発現データとMRI画像やこれを基にして作成した脳解剖領域地図を同一空間上に位置合わせする方法を確立し、相互に比較できるＷＥＢシステムの構築した。更に、ＴＴ法で得られる発現情報を用いた共発現解析を行い結果をネットワーク図として表示し、これを遺伝子発現地図情報と統合して解析できる手法を開発した。これらの手法について、Scientific Report に論文を発表した。
国際ニューロインフォマティクス統合機構(INCF)で共同研究を行い、８週マウスについては国際標準脳空間WHSでの解析が可能となった。更に発達期では、本研究での画像を標準空間として用いるシステムを作成した。これによって、発達段階を通じて遺伝子発現パターンをMRI画像の解剖学的位置に照らして解析できるようになった。更に、遺伝子共発現ネットワーク構造の発達過程での遺伝子発現の安定性と、脳機能部位形成過程での変容を示す解析結果を得たので、成果論文を作成している。

研究成果

• [雑誌論文] Anatomical landmarks for registration of experimental image data to volumetric rodent brain atlasing templates (2015)
  • 著者名/発表者名: Sergejeva, M, Papp, E. A., Bakker, R., Gaudnek, M. A., Okamura-Oho, Y., Boline, J., Bjaalie, J. G., Hess, A.
  • 雑誌名: J. Neurosci. Methods 巻: 240 ページ: 161-169
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2014.11.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical simulation of airflow and microparticle deposition in a synchrotron micro-CT-based pulmonary acinus model (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sera, K. Uesugi, N. Yagi, and H. Yokota
  • 雑誌名: Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 巻: 18 ページ: 1427-1435
  • DOI: 10.1080/10255842.2014.915030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Broad Integration of Expression Maps and Co-Expression Networks Compassing Novel Gene Functions in the Brain (2014)
  • 著者名/発表者名: Okamura-Oho Y, Shimokawa K, Nishimura M, Takemoto S, Sato A, Furuichi T, Yokota H.
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 4 ページ: 6969
  • DOI: 10.1038/srep06969
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Solvable model for chemical oscillations (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Chikayama, Y. Sunaga, S. Noda, H. Yokota
  • 雑誌名: Journal of Mathematical Chemistry 巻: 52 ページ: 399-406
  • DOI: 10.1007/s10910-013-0275-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Whole-Brain Imaging with Single-Cell Resolution Using Chemical Cocktails and Computational Analysis (2014)
  • 著者名/発表者名: E. A. Susaki, K. Tainaka, D. Perrin, F. Kishino, T. Tawara, T. M. Watanabe, C. Yokoyama, H. Onoe, M. Eguchi, S. Yamaguchi, T. Abe, H. Kiyonari, Y. Shimizu, A. Miyawaki, H. Yokota, and H. R. Ueda
  • 雑誌名: Cell 巻: 157 ページ: 726-739
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2014.03.042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prediction of open urinary tract in laparoscopic partial nephrectomy by virtual resection plane visualization (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Ueno, K. Makiyama, H. Yamanaka, T. Ijiri, H. Yokota, and Y. Kubota
  • 雑誌名: BMC Urology 巻: 14 ページ: 47
  • DOI: 10.1186/1471-2490-14-47
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Communication Platform for Image Analysis and Sharing in Biology (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Morita, T. Tawara, M. Nishimura, S. Yoshizawa, B. Chou, I. Kuroki, T. Ijiri, Y. Tsujimura, R. Himeno, and H. Yokota
  • 雑誌名: International Journal of Networking and Computing 巻: 4 ページ: 369-391
  • DOI: http://doi.org/10.15803/ijnc.4.2_369
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Flower Modeling via X-ray Computed Tomography (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ijiri, S. Yoshizawa, H. Yokota, and T. Igarashi
  • 雑誌名: ACM Transactions on Graphics 巻: 33 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1145/2601097.2601124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient parallel LOD-FDTD method for Debye-dispersive media (2014)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Hemmi, Fumie Costen, Salvador Garcia, Ryutaro Himeno, Hideo Yokota, Mehshan Mustafa
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Antennas and Propagation 巻: 62 ページ: 1330-1338
  • DOI: 10.1109/TAP.2013.2294860
  • 査読あり
• [雑誌論文] オーダーメ─ド再生医療に向けたコンピュータサイエンス (2014)
  • 著者名/発表者名: 横田秀夫
  • 雑誌名: 四国医学雑誌 巻: 70 ページ: 13-18
• [学会発表] Ex-vivo transcriptomic analysis on the web: a new platform of ViBrism DB for gene expression mapping and analysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuko Okamura-Oho, Masahiko Morita, Kazuro Shimokawa, Masaomi Nishimura, Takahiro Tawara , Hideo Yokota
  • 学会等名: Neuroinformatics 2015
  • 発表場所: Cairns, Australia
  • 年月日: 2015-08-20 – 2015-08-22
• [学会発表] 3次元内部構造顕微鏡による3次元計測の生物・材料分野への挑戦と展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 於保祐子
  • 学会等名: RIKENシンポジウム
  • 発表場所: 理化学研究所 仁科センター 大会議室、和光市、埼玉
  • 年月日: 2015-02-06 – 2015-02-06
  • 招待講演
• [学会発表] Transcriptome tomography: mapping genes onto 3D brain structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuko Okamura-Oho, Kazuro Shimokawa, Sakiko Nakamura, Yuki Tsujimura, Masaomi Nishimura, Satoko Takemoto, Masahiko Morita, Takashi Ijiri, Takehiro Tawara, Hideo Yokota
  • 学会等名: Annual meeting of Society of Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] Integrated Analysis of Expression Maps and Co-Expression Networks Using a Dataset of ViBrism DB (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuko Okamura-Oho, Kazuro Shimokawa, Masaomi Nishimura, Satoko Takemoto, Masahiko Morita, Hideo Yokota
  • 学会等名: ＡＩＮＩ２０１４
  • 発表場所: Wako, Japan
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-26
• [学会発表] Novel genes located in the co-expression networks detected with Transcriptome Tomography (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuko Okamura-Oho, Kazuro Shimokawa, Masaomi Nishimura, Satoko Takemoto, Akira Sato, Teiichi Furuichi, Hideo Yokota
  • 学会等名: Neuroinformatics 2014
  • 発表場所: Leiden, Nederland
  • 年月日: 2014-08-25 – 2014-08-27
• [学会発表] ﾄﾗﾝｽｸﾘﾌﾟﾄｰﾑ･ﾄﾓｸﾞﾗﾌｨｰを用いた遺伝子発現に基づく全脳地図作成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 於保祐子
  • 学会等名: 科学技術振興機構主催理化学研究所新技術説明会
  • 発表場所: JST 東京本部別館ホール、市ヶ谷、東京
  • 年月日: 2014-06-12 – 2014-06-13
  • 招待講演
• [図書] バイオ画像解析手取り足取りガイド, 第３章、５） (2014)
  • 著者名/発表者名: 森田正彦,西村将臣,横田秀夫
  • 総ページ数: 208-218
  • 出版者: ,羊土社
• [備考] ViBrism DB
  • URL: http://vibrism.neuroinf.jp/