F1-1 機能ゲノミクス解析による創薬等支援

実験計画から、核酸抽出、ライブラリー作製、シーケンシング、高度なデータ解析まで、大規模機能ゲノミクス解析を統合的に支援

[1] 支援担当者

[2] 支援技術の概要

実験計画から、サンプル受領、核酸抽出、ライブラリー作製、シーケンス、データ解析までの機能ゲノミクス解析について、プロセスごとにコンサルテーションを行いながら統合的に支援する。

＜ライブラリー作製、シーケンス解析、統合データ解析＞

• 非増幅CAGE法（転写開始点解析法）：網羅的かつ定量的にプロモーター、エンハンサー活性及び遺伝子の転写開始点を測定する。遺伝子アノテーション、活性推定などの解析結果も提供する。
• RNA-seq及び微量RNA-seq解析：Total RNA（100ng-10ng）を出発原料とするトランスクリプトーム解析を行う。単純な遺伝子発現解析に加え、パスウェー解析等の高次解析も支援する。
• small RNA-seq解析：Total RNA（1μg程度）を出発原料として、small RNA-seq解析を支援する。
• ChIP-seq解析：ChIPed DNA（10ng程度）を出発原料として、ChIP-seqを行う。ピークコール、モチーフ等の解析結果を提供する。
• 全ゲノムDNA-seq解析（WGS）及びExome-seq解析（WES）：全ゲノムDNA（0.3μg-1μg程度）を出発原料として、全ゲノムDNA-seq解析あるいはExome-seq解析を支援する。
• 極微量（pgレベル）RNA-seq解析：高度化によりメニュー化が完了しており、極微量のRNA（100pg以上）を用いたRNA-seq解析の支援及び連携として提供する。
• ChromiumによるPhasingシーケンス解析：高度化でメニュー化を完了しており、Chromium System（10X Genomics社）を用いて作製したゲノムフェーシングライブラリのシーケンス解析について、支援・連携を実施する。
• Poly Aを対象とした完全長cDNA-seqの提供（連携・共同研究）：Oxford Nanopore Technologies社（ONT）MinIONによるロングリードシーケンスを用いた連携（共同）研究を実施する。
• 10X Chromiumを用いたSingle Cell解析（連携・共同研究）：綿密なコンサルテーションを行いながら、scRNA-seq及びscATAC-seq等について実施する。
• シークエンスデータ解析：完全長RNA-seqを始めとするシークエンスデータのゲノムへのマッピング、リードの定量、アノテーション等の基本的な解析を提供する。
• 多サンプル比較統計解析：複数のサンプル間の時系列解析、異なるコンディション間の比較解析を行い、特定の発現パターンを示す遺伝子抽出等の解析により、マーカー候補遺伝子等を提供する。同時に、近年のNGS シーケンサーの性能向上やSingle Cell解析に代表される新規技術の出現によるサンプル数および比較解析の組み合わせ数の増加に伴う多サンプル解析の支援、タイムコース解析の支援などを提供する。
• 原因遺伝子探索：疾患特異的遺伝子の探索等から候補遺伝子の絞り込みを行うとともに、現象の原因となる候補遺伝子情報を提供する。
• 機能モデル構築：シークエンスデータに、ゲノム、相互作用、変異等の異なる情報を加えて統合的に解析を提供することにより、転写や代謝パスウェイ等の機能モデルを構築し提供する。
• 疾患情報、大規模SNPsデータの取り込み等リファレンスデータの充実：ヒト、マウス以外の準モデル生物などのリファレンスゲノムの必要に応じた提供。タンパク質相互作用、遺伝子発現データ、および文献情報抽出によるデータの提供。
• Poly Aを対象とした完全長cDNA-seqのデータ解析の提供：MinIONによる完全長cDNAシーケンスについて、データ解析を行う。
• Single Cell解析データへの対応：Single Cellデータの解析支援を行い、細胞の同定、マーカー遺伝子の推定などを行う。

感染症をはじめとする様々な分野におけるゲノムや免疫との融合研究の加速等に資する基盤整備及び支援の実施を目的として、ヒト免疫系を理解するための評価基盤を整備するとともに、ゲノムや遺伝子発現情報等と免疫細胞機能の関連を評価する解析（免疫プロファイル解析）支援や免疫細胞や免疫関連分子の解析支援、ヒト免疫系タンパク質の相互作用解析支援を実施する。

• ヒト免疫系の各種ヒトオミックス解析：血液等のヒト臨床サンプルを用いた、ゲノミクス解析、トランスクリプトーム解析、メタボローム解析、プロテオーム解析の支援
• ヒト免疫細胞等の機能解析：血液等のヒト臨床サンプルを用いた、免疫細胞の機能解析や免疫関連分子解析の支援
• ヒト免疫系タンパク質の相互作用解析等：ヒト免疫系タンパク質と細菌・ウイルスタンパク質等との相互作用解析や組換え実験を介さない多種類のタンパク質合成・粗精製の支援

[3] 支援技術の利用例

• 新規創薬ターゲット発見：C型肝炎治療の主流であったインターフェロンなどでC型肝炎ウイルスを排除できた計943人の血液サンプルについて、次世代シーケンサーを用いて遺伝子解析を行った結果、TLL1遺伝子が、肝がんの発症に関わることを見いだすとともに、TLL1遺伝子型の違いにより、がん発症のリスクが約2倍あることを明らかにした。
• 企業導出：種々のがん細胞株からがん幹細胞を分離し、遺伝子発現比較解析により数種類のがん幹細胞特異遺伝子を同定することに成功している。これらの遺伝子については、製薬企業2社に分子標的シーズとして提案し、創薬に向けた共同研究開発を実施中。

[4] 支援担当者の研究概要

支援に必要とされる要素技術とデータ解析の開発（高度化）を行う。要素技術の開発においては、理化学研究所の独自シーケンス技術であるCAGE法をさらに発展させ、技術開発とハイスループット化を軸とした複数の高度化課題を設定する。

技術開発（高度化）

• 自動微量非増幅CAGEライブラリー調製システムの構築
• NET-CAGE法のメニュー化に向けた取り組み
• 完全長cDNA-seq開発
• Large-scale low-cost directional single cell RNA-seqの技術開発
• 長鎖塩基配列のターゲットシーケンス

• 疾患マーカーおよび創薬ターゲット探索のためのリファレンス情報の充実
• 完全長cDNA-seqおよび極微量（pgレベル）RNA-seqのための解析パイプラインの開発
• Chromium及びONT MinION long readによるgenome phasing解析技術へのデータ解析支援技術の導入
• Single Cellデータ解析への対応

※高度化課題の社会への普及・実用化に向けた取り組みとして、技術開発を活用した共同（連携）研究を推進する。