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エピゲノム・シングルセル大規模統合解析システムの構築

研究代表者
中戸隆一郎
東京大学・分子細胞生物学研究所・エピゲノム疾患研究センター
http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/chromosomeinformatics/indexJ.html

研究概要

生物の生命活動はゲノム上で転写・複製・修復・高次構造制御などの諸機能が密接に連携することで形作られており、それらがどう連携し、統合されているかを体系的に理解することは、疾患のメカニズムを解明するうえで極めて重要です。我々のグループはChIP-seq, RNA-seq, Hi-Cなどの次世代シーケンサを用いたアッセイを利用して、異なる環境下や細胞種においてどのようにゲノム制御が行われているかを全ゲノム的な観点から研究しています。私はChIP-seq, RNA-seq, Hi-CなどNGSを用いた各種ゲノム・エピゲノム情報解析のための手法パイプライン構築及びデータ解析を一貫して担当しており、これまでに大規模ChIP-seq解析のための統合解析パイプラインを構築しました(図)。
近年の次世代シーケンサと解析技術の性能向上により、数百を超えるサンプルセットによる大規模なゲノム・エピゲノム解析も現実のものとなってきています。しかし一方で、そのようにして得られた膨大かつ多種多様な情報を含んだ一次解析結果を統合的にモデル化し、生物学的に意味のある知見を得るための数理解析技術の開発は未だ発展途上です。本研究計画では他班員により生成されたシングルセルデータの時系列解析、多点解析を通じて、細胞集団内に存在するサブグループの同定、サブグループ間相互作用を同定し、多細胞解析では得ることのできない組織内の不均一性(heterogeneity)の解明を目指します。また、画像データとの統合解析・数理モデリングにもチャレンジし、多種多様な検体・及びアッセイを入力とした前提知識に依存しないデータ駆動型(data-driven)解析システムの実装に取り組みます。

参考文献

  1. *Nakato R, Shirahige K. Sensitive and robust assessment of ChIP-seq read distribution using a strand-shift profile.
    bioRxiv, In press, 2017. doi: 10.1101/165050
  2. Bleuyard JY, Fournier M, Nakato R, Couturier AM, Katou Y, Ralf C, Hester SS3, Dominguez D, Rhodes D, Humphrey TC, Shirahige K, *Esashi F. MRG15-mediated tethering of PALB2 to unperturbed chromatin protects active genes from genotoxic stress.
    Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 114(29): 7671-7676, 2017.
  3. *Nakato R, Shirahige K. Recent advances in ChIP-seq analysis: from quality management to whole-genome annotation.
    Brief. Bioinform., 18(2): 279-290, 2017.
  4. Sutani T, Sakata T, Nakato R, Masuda K, Ishibashi M, Yamashita D, Suzuki Y, Hirano T, Bando M, Shirahige K. Condensin targets and reduces unwound DNA structures associated with transcription in mitotic chromosome condensation.
    Nature Commun., 6: 7815, 2015.
  5. Izumi K., Nakato R., (他18名), *Shirahige K, *Krants ID. Germline gain-of-function mutations in AFF4 cause a developmental syndrome functionally linking the super elongation complex and cohesin.
    Nature Genet., 47(4): 338-344, 2015.
  6. *Nakato R, Itoh T., *Shirahige K. DROMPA: easy-to-handle peak calling and visualization software for the computational analysis and validation of ChIP-seq data.
    Genes Cells,18(7): 589-601, 2013.
  7. *Deardorff MA§, Bando M§, Nakato R§, (他37名), *Krantz ID,  *Shirahige K. HDAC8 mutations in Cornelia de Lange syndrome affect the cohesin acetylation cycle.
    Nature, 489(7415): 313-317, 2012. (§筆頭共著者)
  8. Tanaka S, Nakato R, Katou Y, Shirahige K, *Araki H. Origin association of Sld3, Sld7, and Cdc45 proteins is a key step for determination of origin-firing timing.
    Current Biol., 21(24), 2055-2063, 2011.

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