奇形腫病理の機械学習解析に基づくヒトｉＰＳ・ＥＳ細胞のクリティカルエピゲノム同定

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04715
• Research Institution: National Center for Child Health and Development
• Principal Investigator: 梅澤 明弘 国立研究開発法人国立成育医療研究センター, 再生医療センター, 副所長/再生医療センター長 (70213486)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中井 謙太 東京大学, 医科学研究所, 教授 (60217643) ; 秦 順一 公益財団法人実験動物中央研究所, その他部局等, 所長 (90051614) ; 豊田 雅士 地方独立行政法人東京都健康長寿医療センター(東京都健康長寿医療センター研究所), 東京都健康長寿医療センター研究所, 研究副部長 (50392486)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 機械学習 / ディープラーニング / クリティカルエピゲノム

Outline of Annual Research Achievements

ヒト幹細胞を用いた再生医療技術を臨床（治療）、疾患研究、創薬、検査等（以下、「臨床応用」と言う。）に対して早期の実用化を図り国民への技術還元を行うと共に、安全性・有効性をより高めるための革新的なヒト幹細胞に関する研究開発を持続的に行うことが求められている。大規模オンライン機械学習による細胞品質評価を行った。既存技術では、品質にsensitiveに反応し比較的検知しやすい情報のみを拾い上げ、細胞マーカーとして用いた。これは細胞から得られる ゲノム情報のうち、ごく一部のみを利用しているに過ぎない。数千カ所のミクロな特異性を積み重ねた結果によるマクロな特性の発見は細胞マーカーを用いた指標では限界がある。また、既存の機械学習ツールは、何万個のオーダーの特徴を利用したタスクを想定していない。Jubatusの搭載する最新の機械学習アルゴリズムでは数万個の特徴を用いた分類問題を解く事で、ゲノムワイドな情報をフルに活用して品質評価が可能となった。また、始原生殖細胞と多能性幹細胞の網羅的なDNAメチル化解析によるエピジェネティック・プロファイルの蓄積とエピゲノム比較解析から未分化関連因子の同定と生殖細胞分化機構の検討を行った。さらにヒト多能性幹細胞へのフィードバックにより、ヒト幹細胞における未分化、分化、がん化のメカニズムの解析を行った。さらに、マウスモデルにて明らかになっているRspondin-LGRs シグナルについてヒト幹細胞や間葉系幹細胞における遺伝子動態とエピジェネティク制御について、Wnt系関連遺伝子群を中心に実施した。マウス上皮幹細胞の未分化、分化における網羅的エピジェネティック解析を行い上皮幹細胞分化の関連因子と分化機構に関する検討を実施した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究はヒト胚性幹(ES)細胞、ヒト体性幹細胞の全ゲノム網羅的DNAメチル化解析を基本ととし、マウス-ヒトデータの横断解析から新たなパラダイムの創出を行っている。これまでの研究において、おおむね順調に推移している。

Strategy for Future Research Activity

ディープラーニングや機械学習に世間の注目が集まっており、それらの社会的ニーズにこたえられるよう、研究を遂行していく