Cell Innovation

6
News Letter
革新的細胞解析研究プログラム（セルイノベーション）
ニュースレター

March2013

vol.

次世代シーケンサーの発展と細胞生物学研究の将来
セルイノベーションプログラムオフィサー
東京大学大学院新領域創成科学研究科 教授

最近、オバマ大統領肝いりの脳マ

菅野純夫
る人が多くなっている。

Sumio Sugano

診断、感染症の病原微生物探査なッピングプロジェクトが発表され、そのような状況を受けての技術開

ど、とにかく小規模にできるところ

その中でも、まず 5000人のアルツ

発の焦点は、応用を見据えた解析のから始めてどこまで進めるのか、いハイマー患者のゲノム配列決定が計スピードと精度の向上となってきてろいろ試しているという段階である。

画されている。これに限らず、医学いる。例えば、スピード面では、臨

セルイノベーションの中心的課題

生物学研究のさまざまな分野で、シ床応用を考えて、サンプル取得からである細胞生物学研究への応用を考ーケンスに基づくゲノム解析・RNA

解析終了まで 1 週間、変異などの確えると、次世代シーケンサーにおけ解析が当たり前のように使用される認も含めて 2 週間以内に最終解析結る技術開発の焦点は試料の微量化とようになってきた。次世代シーケン果を得ることが当面の目標となっていうことになる。これは、現在、本サーの発展と、それによってもたらいる。運転時間の短縮などで機械側プログラムでも積極的に取り組んでされたコストダウンのおかげである。の対応は進みつつあるが、サンプルいる課題で、ゲノム解析のみならずここでは、この数年間に予想されるの処理から情報の解析まで多くの細RNA 解析やエピゲノム解析の微量次世代シーケンサーを取り巻く技術かい問題が存在しており、それらを化について成果があがっている。ア的な問題、それを使った応用におけ解決することが競争となっている。

メリカでも、究極の微量化である 1

一方、応用のトレンドとしては、細胞のゲノム解析・RNA 解析・エピ次世代シーケンサーの技術的側

小規模ではあるが、これまでのゲノゲノム解析に向けて大型のプロジェ面では、昨年話題になった Oxford

ム解析で得られた知識を実際に臨床クトが組まれ、いくつかのセンター

Nanopore Technologiesの新型シーの現場で応用しようという動きが出が選定されて稼働し始めている。生ケンサーの発売が遅れている点が注てきている。医療というよりは、ま体・組織は遺伝子からなるシステム目である。これにより新型シーケンだ臨床研究の段階で、個々の研究者とはいえ、実態は種々の細胞からなサーに対する期待が急速にしぼみ、が、ゲノム解析・バイオマーカー探査る複雑系であることを考えると、1Illumina の HiSeq2500 を 本 命 に、Life Technologiesの Ion Proton をなどの基礎研究のために整備したゲ

細胞レベルでの解析ができること

ノム解析・RNA 解析のインフラをそは、基礎研究を加速し、ひいてはさ対抗とした現在の次世代シーケンサのまま使用しようというものである。

まざまな応用に大きな道を開くこと

ーの状況が今後 2 年程度続くと考えがんの治療法選択、遺伝病の出生前につながるといえよう。

る話題を簡単に紹介してみたい。

Contents

p. 1
p. 2

次世代シーケンサーの発展と細胞生物学研究の将来 ： 菅野純夫
先導研究課題 A 分担研究紹介 ： 秋山 徹・岡田眞里子

p. 3 先導研究課題 A 分担研究紹介 ： 堀江公仁子・間野博行
p. 4 トピックス

先導研究課題 A「 細胞がん化シグナルネットワークの統合システム解析」分担研究紹介

遺伝子発現解析を基盤とする細胞がん化シグナルのシステム解析・時系列リン酸化プロテオミクスによる癌細胞増殖浸潤制御システムの解明
東京大学
分子細胞生物学研究所

私たちは、がんのメカニズムを明らかにするためにさまざまな解析を行い、研究の成果ががんの治療につながることをめざしています。
秋山グループでは、がん細胞の造腫瘍性に関与するタンパク質や ncRNA（非コード RNA ）を網羅的に探索するため、脳腫瘍や大腸がんのモデル細胞株を用いて、RNA-seq や ChIP-seq を用いた遺伝子発現解析を行っています。特に、200 塩基以上の ncRNAに注目し、程久美子先生が作成した shRNAによるノックダウンの系を用いて、重要な機能を持つ ncRNAが見つかってきています。現在は、得られた ncRNAの発現を 変 動 さ せ、RNA-seq や ChIP-seq 、2 つの分担研究課題によるがん化シグナルネットワークのシステム理解
数理モデル解析

細胞膜受容体ppERKcyt
ppERK nucpRSK nucAND

リン酸化
プロテオミクスシグナル伝達の活性化

c- fos mRNK
AND

転写因子の活性化

mRNA 発現
ncRNA 発現

ノックダウンシステム

MS 解析

がん化

F

2 Cell Innovation News Letter vol.6 March 2013

MeDIP-seq などを行うことによって、各 ncRNAの詳細な機能解析を行っています。また、尾山大明先生が構築した次世代型質量分析システムを用いたリン酸化プロテオーム解析技術により、がん細胞におけるタンパク質のリン酸化を網羅的に明らかにしてきました。
今後は、がん検体やがん幹細胞を用いた同様の実験を行うことによって得られるトランスクリプトームデータ、プロテオームデータを統合することにより、がんの本質にさらに近づくことを目標としています。

pc-FosANDDUSP

遺伝子発現の変化から上流の転写因子とシグナルの活性化を予測
機能的な ncRNA の発見及び質量分析（MS）解析を利用した
ncRNA 結合タンパク質の同定により、がん化の新しい分子メカニズムを発見

シグナル転写ネットワークのインフォマティクス解析
がん細胞の増殖や浸潤・転移にかかわるシグナルは、細胞膜にある受容体で受容され、細胞内のシグナル伝達ネットワークを経て転写因子を活性化します。そして、活性化された転写因子が遺伝子のTetsu Akiyama

dusp mRNK

リバース
エンジニアリングトランスクリプトーム

秋山 徹

発現を制御するのです。がんの分野では、シグナル伝達、転写因子、遺伝子発現のそれぞれの研究はさかんですが、これらを 1 つのネットワークとして解析する研究はほとんど行われてきませんでした。

理化学研究所免疫・アレルギー科学総合研究センター

岡田眞里子
Mariko Okada

そこで、私たちは遺伝子発現からさかのぼって、どんな転写因子とシグナル伝達経路が活性化されたかを推定するアルゴリズムを開発しました。さらに、このアルゴリズムを、松田道行先生のグループと秋山先生のグループの遺伝子発現データ（ RNA-seq や ChIP-seq のデータ）に適用することにより、着目しているシグナルネットワークの数理モデルを構築できます。
このようなモデルを使うと、シグナルを受けてから転写が起こるまでを、時間を追ってシミュレーションすることができます。特に、シグナル伝達ネットワー
ク中の酵素を阻害する薬が、転写因子をどの程度阻害するかを予測することができるので、副作用の有無まで含めた薬のスクリーニングが可能になると考えています。

先導研究課題 A「 次世代シーケンサーを活用した前立腺がんと乳がんの細胞制御システム機構の解明 」分担研究紹介

ホルモン治療抵抗性モデルがん細胞の作製と乳がん臨床検体におけるホルモン受容体標的因子群の発現機能解析
埼玉医科大学
ゲノム医学研究センター

子 FOXA1 が同時に免疫染色で確認される患者さんでは、タモキシフェン治療が有効と予測できることも見いだしました（図）。こうした結果から、FOXP1とFOX A1は協調して、ER による転写調節にかかわっていると予想されます。
この予想をゲノムレベルで確かめる
ため、まず、ヒト乳がんのモデル細胞
MCF-7 の標準細胞株を整備し、それを用いてタモキシフェン耐性株などさまざまな細胞株を樹立しました。これらをエストロゲンで刺激してから RNA-seq やChIP-seqを行って、FOXP1とFOXA1の発現や結合領域を調べています。解析が 進 め ば、FOXP1、FOX A1とER の関係が詳細にわかってくるものと期待しています。

乳がん細胞におけるマイクロRNA発現プロファイルの網羅的解析
乳がんの治療では、はじめは奏功していたタモキシフェンが、治療を続けるうちに効かなくなることがあります。閉経後の患者さんに使われるアロマターゼ（エストロゲンをつくる酵素）阻害剤も同様です。このような治療薬耐性の獲得には、エストロゲン受容体（ ER ）からのシグナル伝達経路が密接にかかわっていると考えられます。
なかでも私たちが注目しているのは、マイクロ RNA（miRNA）です。miRNAは長さが 20 数塩基の RNA で、相補的な配列をもつメッセンジャー RNA の翻訳をブロックします。乳がんの増殖・転移などにかかわることが明らかにされつつありますが、治療薬耐性獲得との関係はまだわかっていません。そこで、私たちは堀江先生のグループから MCF-7 細胞の親株、タモキシフェン耐性株、エスト

堀江公仁子
Kuniko Horie

100

FOXA1/FOXP1: +/+（N=55）

Others（N=58）
無再発生存率︵ ︶乳がんの多くはエストロゲン受容体（ ER ）を発現し、エストロゲンに依存して増殖します。治療としては、がん組織の切除後にエストロゲン阻害剤タモキシフェン等のホルモン療法を行うのが一般的です。しかし、例えばタモキシフェンが効くかどうかは患者さんによって違い、再発することもあります。そこで、私たちは、ER の標的遺伝子の発現と機能を調べ、病態の解明と予後の予測につなげることをめざしています。
すでに、臨床検体を用いて、転写因子の 1 つである FOXP1 が ER の標的遺伝子であり、ポジティブフィードバックにより ER による転写調節を促進し、細胞増殖を促進することを明らかにしています。さらに、FOXP1 と別の転写因50%

P < 0.000100200040006000

術後日数（日）乳がん組織における FOXA1/FOXP1の免疫染色性と術後タモキシフェン治療予後の相関性

自治医科大学
ゲノム機能研究部

間野博行

Hiroyuki Mano

ロゲン枯渇処理を行った株（アロマターゼ阻害剤耐性に似た性質をもつ）をいた
だき、次世代シーケンサーを用いて、治療薬耐性の獲得に関係する miRNA の探索を行っています。
治療抵抗性の細胞で多く発現しているmiRNA を同定し、臨床検体での発現を解析してその標的遺伝子の予測へと進めていきます。miRNA の存在量はわずかなので、必要に応じて、私たちが以前に（ microRNA amplifi開発した mRAP法を用いて増幅します。
cation profiling）

治療薬耐性にかかわる miRNA 探索の方法
ホルモン感受性細胞株

ホルモン不応性細胞株

ホルモン刺激後の経時的サンプリング
低分子 RNA 抽出次世代シーケンサーによる大規模塩基配列決定
独自のコンピューターパイプラインによる既知 & 新規 miRNA 配列の取得
ホルモン感受性に関与する miRNA の同定

vol.6 March 2013

Cell Innovation News Letter 3

TOPICSInternational Joint
Symposium onSingle-Cell Analysis に参加
シングルセルサーベイヤー研究会主催の「第6回1細胞解析関連国際合同シンポジム」がセルイノベーションとの共催で開催されました。国内外の一線で活躍する研究者をはじめ約130名が参加し、約30の口頭発表と70のポスター発表が行われました。1細胞の単離技術と計測技術、DNAやRNA等のサンプル調製法や次世代シーケンサーを用いた解析技術と情報処理に加えて、1細胞イメージング技術や応用研究について、活発な議論が展開されました。セルイノベーションからは伊藤隆司教授（東京大学）と松田道行教授（京都大学）が招待講演を行いました。
会期：2012 年 11 月27日
（火）
～ 28日
（水）
会場：京都リサーチパーク

March 2013

第35回日本分子生物学会
年会に出展
ナショナルバイオリソースプロジェクト（NBRP）を紹介する実物つきパネル展示「バイオリソース勢ぞろい」に、今年も文部科学省関連プロジェクトとして、セルイノベーションが出展しました。パンフレット、ニュースレター（1 〜 5号）、セミナー要旨集などの配布、ホームページのデモやポスター展示を通してプログラムの概要を紹介しました。訪問者からは拠点の今後の活用等についての質問がありました。
会期：2012 年 12 月11日
（火）
～ 14日
（金）
会場：マリンメッセ福岡

3

セルイノベーション－ O I ST 合同研究交流会と平成 24 年度成果発表会を開催

今年度のセルイノベーション成果発表会を沖縄科学技術大学院大学（O I ST ）で開催するのに合わせて、12日午前にO I STとの合同研究交流会を開催しました。O I STから佐藤矩行教授、佐瀬英俊准教授、柳田充弘教授、セルイノベーシ
ョンから曲薇特任助教、白髭克彦教授（ともに東京大学）が英

午後からは成果発表会が開催され、プログラムメンバー56名が参加しました。榊佳之プログラムディレクター、板倉康洋文部科学省ライフサイエンス課長の挨拶に続いて、代表研究者による口頭発表（11演題）と分担研究を含めた全研究課題（21演題）のポスター発表が行われました。これまで語で講演しました。交流会終了後、O I STが所有する最先端機器と実験室設備の見学を行いました。短時間でしたが、プログラムの若手研究者にとって貴重な経験になりました。の研究成果や最終年度に向けた取り組みについての討論に加えて、グループ内・グループ間での研究連携の促進や情報交換も活発に行われ、会場は大いに盛り上がりました。
開催日：（土）
2013 年 1月12日
～ 13日
（日）
会場：
沖縄科学技術大学院大学キャンパスおよびシーサイドハウス

左 ： 合同研究交流会
右 ： 成果報告会

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セルイノベーション
ニュースレター

vol.6
March 2013

発 行 日2013 年 3 月 28 日

編集発行 セルイノベーション事務局〒108-8639 東京都港区白金台 4-6-1 東京大学医科学研究所
TEL / FAX ： 03（ 6409 ）2386
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