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1細胞解析による幹細胞の多様性創出機構の解明

研究代表者
秋山 徹
東京大学・定量生命科学研究所
http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/

研究分担者
林 寛敦
東京大学・定量生命科学研究所・分子情報研究分野
http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/lab/akiyama/

研究概要

生体・組織は、多種多様な細胞が社会を形成(細胞社会ダイバーシティーの形成)することにより構築され、環境ストレスなどに耐えうる頑健性や機能恒常性を維持している。この細胞社会の形成機構の原理を解明することは、生命の理解に必須であると同時に、この細胞社会の異常により発症する様々な疾病の理解にも大きく貢献すると考えられる。近年、1細胞レベルの研究手法の進展は著しく、イメージングや次世代シーケンスを用いて、1細胞レベルで組織を構成する細胞の多様性に迫る研究が展開されている。私たちは1,000~10,000の細胞を一度に解析し、極めてマイナーな細胞群まで同定することが可能な1細胞RNA-seq(scRNA-seq)を導入することにより、細胞株や組織を用いた解析から未知の細胞群やがん幹細胞と思われる細胞群の同定を試みている。がん幹細胞は、治療抵抗性や再発の主要な要因であり、腫瘍細胞の多様性を生み出す原動力と考えられている。
私たちは、これまでに腫瘍検体より樹立したがん幹細胞を用いて、がん幹細胞の造腫瘍性に重要な役割を果たす遺伝子やlncRNAを多数同定し、その分子基盤の解明を進めてきた。本研究では、膠芽腫などの腫瘍細胞・組織を用いて、(i) scRNA-seqにより、1細胞ごとの遺伝子発現プロファイルを取得し、各細胞の特性を1細胞レベルで明らかにして分類する。さらに、(ii) 細胞間・細胞群間相互作用のマッピングやがん幹細胞からの分化経路を可視化する。また、(iii) 相互作用を形成する分子基盤を生化学・細胞生物学的手法で解明する。それらの結果から、(iv) 数理科学的手法により、がん幹細胞が生み出す組織の構築機構や頑健性、恒常性の維持機構の数理モデルを作成する。特定の細胞や細胞集団の欠損、または遺伝子の発現抑制による細胞間相互作用の減弱が組織全体に及ばす影響を俯瞰的に可視化できるようなモデルはこれまでに例がなく、本研究によってこのようなモデルが構築されれば、基礎研究分野のみならず創薬などの応用研究分野への波及効果が期待される。

参考文献

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