【研究領域課題番号】20K20566 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

RNA / 生物発光 / 顕微鏡 / 多細胞 / バイオイメージング / 1細胞解析 / 遺伝子発現

【研究成果の概要】

本研究の目的は、組織・オルガノイド・小動物個体など多数細胞の集合により機能発現している生体試料について、その試料を生かしたまま遺伝子発現の時空間解析を行うイメージング技術群を創出することにある。すなわち「細胞集団内において、個々の細胞における遺伝子発現のどのような時空間的特徴が、標的とする生理現象の発現における核となる細胞の生成や、その後の増殖・伝播に対する必要条件となるか？」という「問い」を設定した。本研究ではこの「問い」に対する答えを得るために必要な、「生きた多細胞試料における遺伝子発現時空間情報の1細胞解像度経時追跡法」という、これまでに全く存在しない技術を創出することを目的としている。
この目的を実現するために、本研究では①遺伝子発現産物すなわち内在性RNA可視化定量を実現する生物発光プローブの開発②生体試料長期培養機能を備えた1細胞解像度4D生物発光顕微鏡の構築
を行っている。
①の生物発光プローブの開発では、申請者が開発したRNA検出の独自技術であるmPUMテクノロジーを利用して、試験管内および生細胞内において標的RNAを生物発光で検出するプローブの構築を行った。②の顕微鏡開発においては、細胞培養環境を顕微鏡上に構築し、さらに薬液添加なども行いながらハイスループットに観察を行うシステムの構築を行った。さらにレンズアレイやホログラフィーを用いた３次元観察法の構築にも取り組んでおり、4D生物発光顕微鏡の構築に向けて進んでいる。

【研究種目】挑戦的研究(開拓)

【研究期間】2020-07-30 - 2023-03-31

【配分額】26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)

【研究領域課題番号】20K17605 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シングルセル解析 / 肝細胞癌 / 膵癌 / 血管内腫瘍栓 / シングルセルシークエンス解析 / 遺伝子発現 / 脈管侵襲

【研究成果の概要】

肝細胞癌、胆管癌、膵癌のシングルセル解析を行い、現在結果を検証中である。今後論文化を行う予定である。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】17H01560 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

心不全 / シングルセル解析 / 不均一性 / シングルセル生物学 / 心筋細胞不均一性 / シングルセルRNA-seq解析 / 時空間的遺伝子発現 / シングルセルRNA-seq / イメージング / バイオインフォマティクス / 精密医療 / 心筋細胞 / 遺伝子発現 / イメージング解析 / 分子心臓病学 / 循環器内科学

【研究成果の概要】

心不全は心臓のメカニカルストレス応答機構の破綻により発症するが、個々の心筋の応答不均一性について明らかでない。我々は、シングルセルRNA-seq・1分子RNA ISH・遺伝子改変技術・分子病理解析を統合して、マウス圧負荷心不全モデル・ヒト心不全患者の心筋細胞の不均一性を解析した。その結果、圧負荷で誘導される肥大型心筋は代償型・不全型心筋に分岐し、不全型心筋は心臓の中間層に多いことがわかった。また不全型心筋の誘導にはDNA損傷・p53シグナルの活性化が必要であり、心筋DNA損傷の程度により心不全患者の治療応答性が規定されていることを実証した。これらは、心不全の精密医療に繋がる基盤的成果と言える。

【研究の社会的意義】

本研究により、心臓細胞のシングルセルレベルの遺伝子発現を空間情報と連結して解析する手法が開発され、心筋細胞のDNA損傷・p53シグナルの病的意義を解明するという学術的に大きな成果が得られた。また、メカニカルストレスの結果として心筋細胞に生じる心筋DNA損傷を定量評価することで、心不全患者の「治療応答性の事前予測」を可能にするという社会的にも待望されてきた心不全層別化手法を確立した。本手法は、臨床現場にて日常的に診断目的で採取する心臓生検組織の検体を有効利用するため患者への追加侵襲が存在しないという大きな利点を有しており、精密医療を心不全臨床において実践する上での基盤的技術となると考えられる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】42,900千円 (直接経費: 33,000千円、間接経費: 9,900千円)

【研究分野】消化器内科学

【研究領域課題番号】15K08987 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

肝細胞癌 / 幹細胞性 / シングルセル解析 / エピゲノム解析 / 癌幹細胞 / エピジェネティクス / 遺伝子発現

【研究成果の概要】

FACSにより濃縮した肝細胞癌幹細胞様分画の遺伝子解析を行い、幹細胞様分画の特徴的な遺伝子発現プロファイルを明らかにした。すでに他癌種の癌幹細胞に高発現している特徴的な表面マーカー遺伝子は必ずしも発現しておらず、本細胞株での幹細胞様分画に特徴的な表面マーカーが存在することも明らかとなった。シングルセル解析では、個々の細胞の発現レベルにはかなり不均一性が存在することが明らかになり、細胞周期による発現変動が最も大きなファクターであった。少量細胞によるエピゲノム修飾解析ではプロモーターおよびエンハンサーマークの解析により、細胞周期関連遺伝子で転写制御の違いが確認できた。

【研究の社会的意義】

肝癌組織の不均一性の要因の一つである幹細胞特性の分子生物学的特徴を明らかにした。遺伝子発現レベルに加えて発現制御に関与するエピゲノムプロファイルを取得した。ゲノム変異と異なり、エピゲノム制御異常は可逆的な治療介入が理論的に可能であり、新たな治療戦略につながる基盤的情報となることが期待される。また、本研究で候補にあがった新規の細胞表面マーカーは、治療中の癌細胞集団を流血細胞中から間接的にモニターできる可能性を潜在的に有しており、分子生物学的層別化に基づく個別化医療戦略に、あらたな情報を与えることができると考える。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】15K19371 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子心臓学 / ゲノム科学 / 分子心臓病学 / 循環器内科学 / 循環器 / １細胞解析 / 遺伝子発現

【研究成果の概要】

本研究は、心臓に対する圧負荷応答およびその破綻によって生じる心不全において、心筋細胞に生じる不均一性を詳細に評価し、その疾患発症における意義の解明を目指したものである。我々は圧負荷心不全マウスの心臓から単離した心筋細胞の１細胞トランスクリプトーム解析、心臓切片の１分子レベルRNA in situ hybridization解析を行うことにより、心不全過程において心筋細胞の時空間的な挙動を分子レベルで明らかにし、心不全誘導に関連する特徴的な因子を同定した。本研究は、臓器を構成する細胞集団の不均一性を解明する手段を新たに構築するのみならず、その解析法の病態解明における有用性を実証している。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)