【研究分野】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】17K17589 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / コピー数変異 / 次世代シークエンサ / マイクロアレイ / 機械学習 / SNPアレイ / ゲノムアセンブリ / CNV / 深層学習 / 遺伝学 / ゲノム解析

【研究成果の概要】

ヒトゲノムのコピー数変異 (CNV) は大規模な配列の多様性を与える変異であり、薬剤代謝酵素を含む重要な遺伝子の発現量の個人差や、様々な疾患のリスクに関係していることが知られている。次世代シークエンス技術やマイクロアレイの発展により CNV の個人差を定量できるようになってきたが、これまで配列差を含めた解析は困難であった。本研究では CNV によるゲノム多様性の解明を目指し、長鎖型シークエンサを用いた配列アセンブリ手法の改良と HLA 遺伝子での適用、短鎖型シークエンスのリード定量バイアスの低減、および SNP アレイによる CNV のインピュテーション・ジェノタイピングの融合手法を提案した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】消化器内科学

【研究領域課題番号】17H05081 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胃上皮幹細胞 / 萎縮性胃炎 / 粘膜再生 / 腸上皮化生 / 分化 / 胃癌 / アセチルコリン / 遺伝子発現解析 / 内科 / 細胞・組織 / ゲノム / マイクロアレイ / 発生・分化

【研究成果の概要】

胃の幹細胞と前駆細胞および各種成熟細胞の遺伝子発現解析によりそれぞれの選択的なマーカーを新規に同定し、またそれぞれを標識可能なマウスを作成した。幹細胞その他の細胞群が発癌の超初期の段階において、どのような病理学的・分子学的変化を生じるのかについて、マウスモデルによる詳細な時系列解析と遺伝子発現解析によりその機序を明らかにした。幹細胞の増殖や粘膜再生がTuft細胞を介したアセチルコリン-ERK経路によって制御されていることを明らかにし、さらに胃炎・胃癌の発生前段階で生じる壁細胞の消失を改善させる化合物を同定した。

【研究の社会的意義】

新規の胃上皮幹細胞マーカーの同定とその制御機構を解明したことにより、胃発癌や粘膜再生のメカニズムを明らかにすることに貢献した。
胃癌や腸上皮化生は成熟細胞ではなく幹細胞・前駆細胞から発生することが明らかになり、より選択的な治療標的の同定や、発癌予測のバイオマーカーの樹立に役立つ可能性がある。
Tuft細胞や壁細胞の分化制御機構やその粘膜再生における機能を明らかにしたことで、今後の胃癌に対する予防や治療の開発に結びつく可能性がある。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円)

【研究分野】統計科学

【研究領域課題番号】15H01678 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高次元データ / データサイエンス / 統計数学 / ゲノム / マイクロアレイ

【研究成果の概要】

高次元データのノイズを解析すると、高次元球面付近でのノイズの漸近的な振る舞いについて、高次元中心極限定理が成立することを証明した。高次元における統計量の漸近分布を導き、データ数が少ない状況でも推測の精度を保証するための、高次元小標本漸近理論を開拓した。巨大なノイズを自動除去するデータ変換を考案し、非スパースな大規模複雑データにも高次元中心極限定理を成立させる技術を開発して、これを非スパースモデリングと名付けた。これら理論と方法論による新しい推測を体系化し、高次元統計解析を構築した。

【研究の社会的意義】

高次元中心極限定理の成立は、ノイズのスパース性に依存する。ゲノムや金融等の従属データは、高次元ノイズが巨大で非スパースとなり、高次元中心極限定理は成立しない。そこで、非スパースモデリングによって、巨大なノイズを除去して潜在情報の幾何的構造を浮き彫りにし、推測の精度向上と計算コストの大幅削減に繋げている。非スパースモデリングの精度は、高次元小標本漸近理論で保証できる。これら理論と方法論を装備した新しい解析技術が、高次元統計解析である。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2020-03-31

【配分額】43,290千円 (直接経費: 33,300千円、間接経費: 9,990千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】26291018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / lncRNA / ヒストン修飾 / アンチセンスRNA / ノンコーディングRNA / 転写制御 / グルコース / 膵臓 / β細胞 / ストレス応答 / 発現制御 / ゲノム / 遺伝子発現 / マイクロアレイ

【研究成果の概要】

グルコース飢餓ストレス応答性の長鎖非コードRNA(lncRNA)とアンチセンスRNA(asRNA)の役割や動態を解析した。その結果、対になって合成されるlncRNAとasRNAの間に相反的な発現制御があること、asRNAの発現制御にはヒストンH3K4のメチル化を介したクロマチン制御が関わること、asRNAが細胞質内でリボソームと結合し、ナンセンス仲介分解系で分解されること、lncRNAの抑制・脱抑制にlncRNAとTup型転写抑制因子の相互作用を介した制御が存在すること、マウス膵β細胞にも遺伝子上流から合成され、遺伝子発現上昇と共役するlncRNA転写が複数見られることなどを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)

【研究分野】生体生命情報学

【研究領域課題番号】23680030 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 大腸菌 / オートメーション / トランスクリプトーム / ゲノム / 進化実験 / ラボオートメーション / ストレス耐性 / 微生物 / 生体生命情報学 / マイクロアレイ / 次世代シーケンサ

【研究成果の概要】

本研究は、進化過程における微生物の表現型・遺伝子型の変化を高精度に解析することにより、適応進化のダイナミクスを担うメカニズムの根源に迫ることを目的としている。まず系統的な進化実験を行うために、ラボオートメーションを用いた自動培養システムの構築を行い、数百系列の培養を対数増殖期を保つように植え継ぐことに成功した。そのシステムを用いて、様々なストレス添加条件下での進化実験を行い、その過程における遺伝子発現量の変化とゲノムへの変異固定を網羅的に定量した。これらのデータを統合することにより、一部の適応的な表現型の変化はゲノムの変異によって説明できないことが示唆された。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】27,040千円 (直接経費: 20,800千円、間接経費: 6,240千円)

【研究分野】腫瘍診断学

【研究領域課題番号】23240129 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胃癌 / 大腸癌 / 肝癌 / エピゲノム / ＤＮＡメチル化 / バイオマーカー / がん / マイクロＲＮＡ / 癌 / ゲノム / トランスレーショナルリサーチ / マイクロアレイ / 臨床 / マクロアレイ

【研究成果の概要】

大腸癌細胞のエピゲノムおよびトランスクリプトームを解析することで、エピジェネティックに不活化されたマイクロRNA遺伝子を同定した。大腸前癌病変および早期癌のエピゲノム・ゲノム解析を行うことで、早期発見マーカー候補となりうるDNAメチル化異常を同定した。さらに大腸癌前癌病変における内視鏡所見、病理所見、DNAメチル化異常の間の新たな相関を明らかにした。また胃癌背景胃粘膜におけるエピゲノム解析から、胃癌リスクマーカー候補となるDNAメチル化異常を同定した。原発性肝癌におけるエピゲノム異常解析から、新たな癌特異的DNAメチル化異常を複数同定した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】49,400千円 (直接経費: 38,000千円、間接経費: 11,400千円)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】21248010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水素細菌 / ヒドロゲナーゼ / 活性酸素除去 / 硫黄代謝 / アミノ酸代謝 / x水素細菌 / エネルギー代謝 / ゲノム / 還元的ＴＣＡサイクル / 独立栄養 / マイクロアレイ / Hydrogenobacter

【研究成果の概要】

ゲノム情報を基盤としたTK-6株の進化系統的位置づけの明確化、絶対独立栄養性の分子基盤、高度好熱性の分子基盤、新規窒素代謝経路の分子基盤、呼吸代謝能多様性の分子基盤、新たな代謝系の探索とその分子基盤、に関して、当初の計画以上の結果を得た。具体的には、原著論文１５件、学会発表２７件、そして産業財産権の出願１件、という誇るべき成果を出せたものと自負している。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009-04-01 - 2014-03-31

【配分額】47,840千円 (直接経費: 36,800千円、間接経費: 11,040千円)

【研究分野】消化器外科学

【研究領域課題番号】19591601 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子 / 癌 / ゲノム / 病理学 / マイクロアレイ

【研究成果の概要】

わが国における肝細胞癌の90%以上の症例は肝炎ウィルス罹患による慢性肝疾患を発生母地としており、前癌病変である再生結節や腺腫様過形成から早期肝癌へと移行する。本研究ではSNPアレイを用いたコピー数解析法により早期肝癌から進行肝癌へと進展する過程での染色体変化を明らかにし、また肝癌進展に寄与する癌抑制遺伝子CSMD1を同定し、同遺伝子のプロモーター領域におけるメチル化による不活化が重要であることを示した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】18770149 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

染色体 / 染色体分配 / コヒーシン / ゲノム / 出芽酵母 / 姉妹染色分体 / マイクロアレイ / 細胞周期

【研究成果の概要】

真核生物の姉妹染色分体はコヒーシン複合体により接着されており、この接着は遺伝情報の正確な分配・継承に必須である。本研究ではコヒーシンの染色体結合が時空間的にどう制御されているかを、コヒーシンの染色体結合を司る出芽酵母Scc2 (アドヘリン)のゲノム学・生化学的解析を通じて探求した。以下の諸点が明らかとなった。
1,動原体とそれ以外の染色体部位(以下、染色体腕部)でコヒーシンの染色体結合は異なって制御されていた。動原体ではGI後期より結合が見られ、結合は動原体微小菅を破壊すると促進された。動原体コヒーシンの生理的意味を探るため、現在動原体への結合のみに欠損を示すScc2変異体を単離している。
2,腕部のコヒーシンはS期に結合が開始した。DNA複製やS期誘導キナーゼには依存しないが、複製チェックポイントの制御下にはあった。その詳細な制御機構の解明は今後の課題である。
3, Scc2は染色体腕部に遍在しており、Scc2の認識する染色体上因子はヒストンないしDNAであることが示唆された。現在生化学的検証が進行中である。
4,Scc2は少なくとも3つのドメインをもち、N末Scc4サブユニットへの結合ドメイン、C末はコヒーシンとの相互作用ドメインであった。中央部は未同定の、しかし必須な機能をもつドメインであることも分かった。より詳細な生化学的解析に必要なコヒーシン、Scc2,Scc4タンパク質の大量発現系を構築した。
コヒーシンは姉妹染色分体間接着のみならず、DNA修復や転写調節にも機能する重要な核内構造調節因子であることが分かってきている。いかにゲノムの特定部位に必要なタイミングでコヒーシンを結合させるのか、そのメカニズムの解明に向けた重要な基礎となる知見が本研究から得られたと考えている。なお、現在解明された点を発表すべく投稿論文を準備しているところである。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,700千円 (直接経費: 3,700千円)

【研究分野】産婦人科学

【研究領域課題番号】18591845 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

子宮頸癌 / 細胞診 / コルポスコープ / siRNA / BACライブラリー / P16, in situhybridization / パピローマウイルス / ラマン分光 / 子宮頸部 / コルポスコピー / パビローマウイルス / 遺伝子 / ゲノム / マイクロアレイ / ウイルス / 癌

【研究成果の概要】

子宮頸癌の診療技術の改良に役立つ方法を研究した。診断では子宮頸癌をリアルタイムに診断する方法としてラマンコルポスコープの開発に着手した。従来にない斬新的なアプローチで再現性のあるデータを得ることができた。細胞診では従来、炎症所見の一つといわれているamphophiliaがHPV18型感染に特徴的な細胞像であることがわかった。細胞診検体を利用し、P16細胞免疫染色、HPV型判定、およびHPVのDNAに対するin situ hybridizationを施行し、分子生物学的にハイリスク症例を抽出することが可能となった。BACマイクロアレイにより遺伝子異常をゲノムワイドに網羅的に解析し、新たな癌関連候補遺伝子領域をみつけた。
一方、治療ではHPV18型に対するsiRNAを用い、HPV E6,E7遺伝子発現を制御し癌細胞の増殖を抑制することができた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】4,100千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 600千円)

【研究分野】統計科学

【研究領域課題番号】17200020 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

階層ベイズ / 状態空間モデル / グラフィカルモデル / ベイジアンネットワーク / マイクロアレイデータ / 遺伝子ネットワーク / カルバックライブラーカーネル / スペクトル判別 / ゲノム / マイクロアレイ / モデル化 / ソフトコンピューティング / プロテオーム

【研究成果の概要】

一般に生物学的知識は,データベースの形に具現化されることが多い.データベースに登録された情報にも信頼度の属性を与え,つまりそれを確率変数として取り扱うことで,データベースの登録上の過誤やその情報の不確実さをモデル化し,今までのモデルをさらに階層化したベイズモデルを構成した.これにより,マイクロアレイデータからの情報抽出,既存の生物学的知識の有効活用,データベースの信頼性の検証などを統一的に可能にする枠組みを構築した.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2005 - 2008

【配分額】46,800千円 (直接経費: 36,000千円、間接経費: 10,800千円)

【研究分野】応用ゲノム科学

【研究領域課題番号】16101006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 転写 / コピー数多型 / タイリングアレイ / DNAメチル化 / クロマチン免疫沈降 / マイクロアレイ / ゲノムコピー数 / 染色体変異 / メチル化 / クロマチン修飾 / インスレータ / 発現プロファィル解析 / アレル別コピー数 / ChIP on Chip解析 / 臨床ゲノム学

【研究成果の概要】

癌における転写調節異常の体系的解明を行うために、SNPアレイ、タイリングアレイなどのゲノム解析技術を応用した。
1) ゲノムコピー数解析
SNPタイピングアレイを応用してアレル別にコピー数を測定する手法Genome Imbalance Mapを開発した(Ishikawa, 2005)。ヘテロ接合性の消失(LOH)や片親性ダイソミー(UPD)を判定するために有効であり、1アレル分のシグナル差を検出できるので正常組織の混入が避けられない臨床材料からでも効率よくホモ欠失領域を検出できた。肝細胞癌で8p23領域にあるCSMD1遺伝子のホモ欠失が検出された。また、本技術を健常者のコピー数多型(CNV)の解析に応用して初のCNVマップを報告した(Redon, Ishikawa, Nature 2006)。
2) DNAメチル化解析
DNAメチル化は遺伝子の不活性化機構として注目されていたが、ゲノムワイドに検出する手法の確立が望まれていた。抗メチルシトシン抗体を用いてメチル化CpGを含むDNA断片を捕捉し、ゲノムタイリングアレイを用いて検出する手法を開発した。高CpG領域はPCR増幅のバイアスが顕著であるため、in vitro転写法による増幅を行うことによって再現性の高いシグナルが得られた。メチル化領域はヒストンアセチル化と排他的であることを観察できた(Hayashi, 2007)。
3) 転写ネットワークの解析
遺伝子発現プロファイルデータから共発現する遺伝子を抽出して活性化されたネットワークを推定した(Agg arwal, 2006)。さらにタイリングアレイを用いて転写因子が結合部位を検出し、直接標的となる遺伝子を同定した。また、ヒストンアセチル化やメチル化修飾をゲノムワイドに検出することが可能となった。染色体のインスレーターといわれるCTCFがコヒーシンと共局在することを発見し、クロマチンループ形成にかかわると推定さた(Wendt, Nature 2008)。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2004 - 2007

【配分額】113,230千円 (直接経費: 87,100千円、間接経費: 26,130千円)

【研究分野】人体病理学

【研究領域課題番号】13670165 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

性 / SRY / WT1 / マイクロアレイ / DNAチップ / ゲノム

【研究成果の概要】

我々は哺乳類の性決定とその病態の分子機構の研究を進めている。最近、この分子機構を制御する転写因子群が明らかにされつつあり、それらの蛋白質間の相互作用の解明が重要なテーマとなっている。我々はこれまで精巣の分化を誘導することが知られていた転写因子SRYが、がん抑制遺伝子産物として知られるWT1と協調的に機能することを示唆する以下のような結果を得た。
1)WT1はin vitroおよびin vivoにおいてSRYと直接結合する。
2)WT1はSRYと協調的にSRY結合配列を持つプロモーターやSRY遺伝子のプロモーターからの転写を活性化するが、性腺形成不全を伴う合併疾患Denys-Drash症候群(DDS)に見られるWT1変異体は、SRYとの協調的な転写活性化能を失っている。
3)野生型WT1はSRY依存的にSRY結合配列上にリクルートされるが、DDSの変異体ではこの活性が低下している。
WT1はそれ自体が直接DNAに結合する転写因子であり、p21のような細胞周期の制御因子やamphiregulinのような増殖因子の発現を誘導するが、上記の結果はWT1がSRYのような転写因子と結合して間接的にDNA上にリクルートされることにより転写を調節する機能を有することを示唆している。その最終的な意義付けは、WT1とSRYの複合体により発現調節を受ける標的遺伝子の同定を待つしかないが、現時点ではDDSのような性腺の形成不全を起こすWT1の変異体は、少なくともSRY遺伝子自体の発現誘導を起こさないことから、WT1とSRYの結合および協調的な転写の活性化は、ヒトの性決定と性腺の形成不全のような病態に関わる重要な現象であることが示唆される。
現在、WT1とSRYを同時に発現する細胞株を樹立して、マイクロアレイを用いたWT1およびSRYの標的遺伝子のスクリーニングを行っている。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)