& 平成27年度 CREST/さきがけ募集説明会「統合1細胞解析のための革新的技術基盤」領域 CREST研究総括菅野純夫さきがけ研究総括浜地格本日の予定 14:00～14:20 14:20～14:40 14:40～15:00 15:00～15:15 15:15～15:30 CREST領域説明／菅野研究総括さきがけ領域説明／浜地研究総括質疑応答募集の要点説明／JST 質疑応答（後半は個別の質問に対応）・お席は自由となっております。・会場内での写真撮影やビデオ撮影、録音などはお控えください。・携帯電話をマナーモードにするか、電源をお切りください。・本日の説明会資料は、後日JSTのHPに公開いたします。研究領域の概要（さきがけ) ＜研究領域名＞『統合1細胞解析のための革新的技術基盤』研究総括：浜地格（京都大学工学研究科教授）＜研究領域の概要＞本研究領域は、1細胞解析技術の新たな核となる革新的シーズの創出を目指して、唯一無二の技術開発に挑戦する若手個人研究者を結集します。具体的なテーマは、1細胞の表現型・機能・個性を理解するために必須となるゲノムやプロテオームなどの生体物質・分子情報、およびそれらの物質間あるいは細胞間の複雑な相互作用ネットワークに関する情報を、定量的・網羅的に極限の精度と分解能で解析するための基盤技術の構築です。これを実現するには、生命科学におけるニーズの確固たる理解に基づき、従来型のバイオテクノロジーのみならず、ナノテクノロジー、化学、工学、材料科学、光科学、情報学、ケミカルバイオロジー等の関連分野間の融合研究を、これまで以上に推進する必要があります。本研究領域は、諸分野の研究者が集うバーチャル・ネットワーク型研究所としての強みを活かし、オリジナルで世界初の技術の確立へ挑戦する個人研究者の苗床となります。本研究領域ではオープンイノベーションを志向し、技術開発の早期から生命科学・工学への応用展開、潜在的な市場の開拓を強く意識します。ただし、これは短期的成果を求めるという意味ではありません。個々のアイデアを真に求められる技術へと鍛え上げ、熟成させる過程において、本研究領域のさきがけ研究者には、研究領域内や対応するCREST研究はもとより、産学問わず関連研究者との間で積極的に協働関係を構築する姿勢を必須とします。これら研究課題の総体として、本研究領域は1細胞解析分野における科学技術イノベーションの源泉となり、世界をリードする革新的技術基盤の構築に貢献します。参考：募集要項第4章－4.2.3（p118-）募集・選考・研究領域運営にあたっての研究総括の方針１細胞は、言うまでもなく生体を構成する最小の機能単位ですが、形態学的に同一に見える細胞でも、実は均一なものではなく、ゲノムや発現タンパク質、糖鎖・脂質や種々の代謝物の量、種類、修飾様式なども含めて、分子レベルで記述しようとすると、個々の細胞間で大きく異なると考えられています。1細胞レベルで、このような多種多様な生体分子群が担う分子情報を、網羅的かつ定量的に解析することは、細胞集団の平均値としてしか分子レベルでの細胞特性を記述できない現状を大きく打ち破る契機となり、生命科学の諸課題解決に対して新しいアプローチの基盤を提供できるだけでなく、バイオテクノロジーや医療応用をより合理的に進める新しいプラットホームを強化・整備することにつながると期待されます。このような背景に基づいて、本研究領域で募集する具体的なテーマ例を以下に示します。ただしこれらは参考例であり、これにこだわる必要はまったくありません。 A．1細胞レベルの表現型・機能・個性を理解するために必須となる生体物質・分子情報を定量的・網羅的に極限の精度と分解能で解析するための基盤技術の構築 a. ゲノムやエピゲノム、トランスクリプトームなど最近の次世代シーケンサーの革新的進歩という状況を受けて、ゲノム・エピゲノムを対象とする研究提案では、それが真に1細胞レベルへ適用できることを厳格に求めます。 b. プロテオーム、グライコーム、メタボロームなどこれらの解析等においては、1細胞に限定せず少数細胞集団での網羅的解析や機能・イメージング、その基盤材料・ツールなど、1細胞解析を目指した極限の時間的・空間的精度や分解能を実現するための独創的で革新的なアイデアの提案を歓迎します。参考：募集要項第4章－4.2.3（p118-）募集・選考・研究領域運営にあたっての研究総括の方針２ B. 1細胞レベルの表現型・機能・個性を理解するために、生体物質間あるいは細胞間の複雑な相互作用ネットワークに関する情報を極限の精度と分解能で解析するための基盤技術の構築 C. 1細胞の網羅的解析から得られてくる膨大な分子情報を統合解析するための情報数理学に根ざした提案いずれにおいても解析対象とする細胞は、原核細胞、真核細胞を問わず、また分離した1細胞だけでなく生体組織内の1細胞解析など、難易度の高いものも含みます。昨年度は、幅広い分野から多彩な提案がありましたが、特にプローブや新規な顕微鏡開発などイメージング技術に関する研究が、多く採択されました。本年度は、化学、デバイス、ケミカルバイオロジー領域からはイメージング以外でも、生物学的なquestionをより強く意識して１細胞解析に切り込む提案を期待します。またライフサイエンスやバイオテクノロジー領域からは、提案する研究が１細胞解析技術とどのように関連・連動して新しいサイエンスを切り拓くのかといった視点も含めた個別の専門分野を乗り越える提案を歓迎します。短期的な視野からの発想だけでなく、長期スパンの目標・展望をも見据えた、あらゆる分野からの、骨太で挑戦的で独創性に富んだテーマ設定を待ち望んでいます。参考：募集要項第4章－4.2.3（p118-）募集・選考・研究領域運営にあたっての研究総括の方針３本研究領域は、1細胞解析とその理解のための技術基盤の整備拡張を目標とした、幅広い分野の若手研究者が集うバーチャル・ネットワーク型研究所として、オリジナルで世界初の技術の確立へ挑戦する個人研究者の苗床となることを強く意識していることを理解してください。個人研究ではあるものの、オープンイノベーションを志向し、技術開発の比較的初期の段階から生命科学における実際の問題・課題解決への適用や、バイオテクノロジーへの応用展開、さらには潜在的な市場の開拓・社会貢献を強く意識していただくことを期待しています。ただし、これは短期的に役に立つ成果を、安直に求めるという意味では、決してありません。個々のアイデアが、オリジナリティも含めて世界最高のレベルであり、かつ真に求められる技術へと鍛え上げていく価値あるものであることを常に厳しく自問自答していただきたいという意図です。個人のアイデアや技術を熟成させる過程において、本研究領域のさきがけ研究者には、同一研究領域内だけでなく、対応する CREST研究、さらには産学問わず関連分野の研究者との間で、積極的に協働関係を構築する姿勢を必須とします。特に対応するCREST研究領域のシニア研究者とは、領域会議などを通じて交流をはかり、さまざまな刺激を享受していただきたいと考えています。これらの研究課題の総体として、本研究領域は1細胞解析分野における科学技術イノベーションの源泉となり、世界をリードする革新的技術基盤の構築に貢献していくことを目指します。参考：募集要項第4章－4.2.3（p118-）さきがけ研究総括からのメッセージ本さきがけ研究領域で重視するキーワード・1細胞の表現型・機能・個性を理解するための基盤技術・ゲノムや発現タンパク質、糖鎖・脂質や種々の代謝物の量、種類、修飾様式なども含めて、分子レベルで記述・定量的・網羅的、極限の精度と分解能さきがけ「統合1細胞解析のための革新的技術基盤」領域 H26採択テーマ戦略目標「生体制御の機能解明に資する統合 1 細胞解析基盤技術の創出」【達成目標①】分離した 1 細胞における核酸とその発現・修飾、タンパク質、代謝産物等の個々の細胞を特徴づける情報を定量的・網羅的に解析する各種オミクス解析の基盤となる技術やシステムの開発【達成目標②】生体組織等における個々の細胞それぞれの各種分子情報について、時間的・空間的に観察・解析する基盤技術の開発 1細胞解析から明らかにする植物細胞の運命決定に関わる概日時計の役割（遠藤）達成目標 ② 【達成目標③】網羅的 1 細胞解析で得られた分子情報等を基にして、細胞の多様性や発生分化、生体全体の制御等の理解に資する情報学的・工学的手法や技術、システムの開発及び高度化相互結合かつ共通入力を有するサブネットワークの新規解析技術（小坂田）三次元組織中における単一細胞レベルでの遺伝子発現動態操作法の開発と応用(今吉）組織動的ゴーストイメージングで視る超高速蛍光画像サイトメトリー（大田）シングルセル分解計測へ向けた細胞空間分画技術の創出（寺尾）細胞分子超高感度nanoCESI-MS分析システムによる極微量プロテオーム解析（川井）達成目標 ③ 技術項目デバイス達成目標 ① 生体組織深部1細胞の極限解析技術の開発（磯部）多機能蛍光プローブ群による組織内１細胞機能解析（神谷）ナノダイヤモンドによる三次元構造動態イメージング技術の創成（五十嵐）ケミカルマッピングを実現するナノ電気化学顕微鏡の創成（高橋）階層的なクロマチン高次構造のイメージング（宮成） 1細胞レベルで細胞系譜を一斉同定する DNA Barclockテクノロジー（谷内江）細胞内部を観る分子解像度の三次元蛍光顕微鏡（藤芳）新規人工核酸SNAを用いた生細胞内RNAイメージング（樫田）プローブ・タグイメージングさきがけ研究総括からのメッセージ戦略目標：「生体制御の機能解明に資する統合１細胞解析基盤技術の創出」研究領域：「統合１細胞解析のための革新的技術基盤」研究総括：浜地格（京都大学大学院工学研究科教授）氏名所属機関役職課題名課題概要１細胞の機能や個性を真に理解するためには、生命現象が起こる際に細胞内分子がど１五十嵐龍治京都大学大学院工学研究科博士研究員ナノダイヤモンドによる三次元構造動態イメージング技術の創成の様な構造変化を起こすか三次元的に可視化するのが最も直接的です。本研究では、独自に開発した「光検出磁気共鳴顕微鏡」と蛍光ナノダイヤモンドによる分子標識技術を基礎として、細胞内分子の構造の経時変化を可視化する新しい１細胞計測手法を創生すると共に、力や温度によるストレスを細胞がいかに知覚し生命現象を引き起こすか明らかにします。細胞間の複雑な相互作用ネットワークを介して生じる高度な生命現象を解明するため２磯部圭佑（独）理化学研究所光量子工学研究領域研究員生体組織深部１細胞の極限解析技術の開発には、生体組織内の個々の細胞の個性（分子情報、細胞内微細構造など）を解析する必要があります。しかし、現在の技術ではその要求を満たすことはできません。その要求を満たすために、本研究では、数ｍｍの深部まで１μｍ以下の空間分解能、数百μｍの深さで１００ｎｍ以下の空間分解能を達成可能な深部イメージング技術を開発します。本研究提案は、発生期胎児や成体脳など、三次元組織中の細胞の遺伝子発現動態の人３今吉格京都大学白眉センター特定准教授三次元組織中における単一細胞レベルでの遺伝子発現動態操作法の開発と応用工的操作を、単一細胞レベルで実現しようとする試みです。さらに遺伝子発現動態の人工操作系の利点を活かして、発生組織中の細胞間コミュニケーション、脳の概日リズム中枢の時計遺伝子ネットワークや、神経回路の可塑性発現についての根本的問題にアドレスできるような、次世代のｓｉｎｇｌｅｃｅｌｌｂｉｏｌｏｇｙ研究を展開することを目指します。これまで植物で１細胞レベルの遺伝子発現解析を高い時空間分解能で行うことは、技４遠藤求京都大学大学院生命科学研究科助教１細胞解析から明らかにする植物細胞の運命決定に関わる概日時計の役割術的に困難でした。本研究では、植物の分化・発生における概日時計の機能解析をモデルケースとして、分化全能性をベースとした分化誘導系・大きい細胞サイズ・細胞の膨圧など植物細胞が持つ特徴を最大限に利用することで、従来とは全く異なるアプローチによって植物での１細胞解析系の確立を目指します。さきがけ研究総括からのメッセージ世界最高速で蛍光画像を撮影する超小型・安価・汎用的な新規イメージング技術を軸に、太田禎生東京大学大学院理学系研究科助教新規高速高感度イメージングによる超高速蛍光画像サイトメトリー画像識別型１細胞ソーターを開発します。本イメージング技術をマイクロ流体・情報処理工学等と融合し、多情報（形態、分子、局在、代謝）に基づく１細胞識別・回収を数万細胞／秒のスループットで実現します。応用研究を通して本技術を実証し、ＦＡＣＳに代わる世界標準化を目指します。視覚情報は網膜で受容され、大脳皮質一次視覚野へ伝えられます。大脳皮質では、機能素小坂田文隆名古屋大学大学院創薬科学研究科講師相互結合かつ共通入力を有するサブネットワークの新規解析技術子である神経細胞が微小な神経回路（サブネットワーク）を形成し、特異性の高い情報処理計算を実行しています。本研究では、このサブネットワークのｉｎｖｉｖｏでの役割を明らかにする新規解析技術を開発し、視覚系をモデルとして大脳皮質全体に一貫した基本動作原理の解明を目指します。我々が開発したセリノール核酸（ＳＮＡ）は細胞内において安定であり、ＲＮＡと安定な樫田啓名古屋大学大学院工学研究科准教授新規人工核酸ＳＮＡを用いた生細胞内ＲＮＡイメージング二重らせんを形成することが分かっています。そこで、本研究ではこのＳＮＡを利用したＲＮＡ検出材料を開発することによって、細胞内で高感度にＲＮＡを検出することを目指します。細胞内におけるＲＮＡの量や局在性を明らかにすることが出来れば、細胞内でＲＮＡが果たしている機能を解明することが期待できます。本研究では、新規蛍光イメージングツールの開発により、生きた細胞のみが有する生体分神谷真子東京大学大学院医学系研究科助教多機能蛍光プローブ群による組織内１細胞機能解析子情報を組織中の１細胞レベルでリアルタイムに捉え、個々の細胞の性質や個性を「非破壊」に理解することを目指します。具体的には、有機化学や物理化学、光化学の観点から最適化された多機能小分子プローブ群を創出することで、酵素活性やｐＨ勾配等の刻々と変化する動的情報を１細胞レベルで検出可能な革新的解析研究ツールを開発します。１細胞プロテオミクスを実現するためには膨大な種類のタンパク質を完全に分離し、高効川井隆之（独）理化学研究所生命システム研究センター研究員超高感度ＣＥ－ＭＳ分析システムによる極微量プロテオーム解析率にイオン化して質量分析計で解析する必要があります。本研究ではキャピラリー電気泳動質量分析（ＣＥ－ＭＳ）をベースとした３つの新技術「超高感度ＥＳＩ」「ナノ還元濃縮法」「高速多次元分離法」を開発・融合することで、感度と汎用性を両立した革新的プロテオーム解析システムを開発し、１細胞プロテオミクスに挑戦します。さきがけ研究総括からのメッセージ細胞の構造と機能をシームレスで結びつける上で、動的に変化を続ける化学情報の定量 10 高橋康史東北大学原子分子材料科学高等研究機構助教ケミカルマッピングを実現するナノ電気化学顕微鏡の創成評価が求められています。また、細胞の微小器官を経時的に評価するには、局所にストレスを与える“摂動技術”と、低侵襲かつ局所的な分析技術の融合が不可欠です。そこで、ナノ複合電極をプローブとして用いて、細胞の局所的な観察・刺激・センシングが可能なナノ電気化学顕微鏡により、細胞の構造と機能をナノスケールで結びつけます。本研究は、半導体微細加工技術と微小物体操作技術を組み合わせることで、１個の細胞を複数の微小領域にまた組織を１細胞に区画化して、物理的に一括で切断する「細胞空間 11 寺尾京平香川大学工学部准教授シングルセル分解計測へ向けた細胞空間分画技術の創出分画技術」と呼ぶ新たな細胞加工技術を提案します。本技術を生体分子の計測技術と一体化することで、細胞内部の分子の空間分布が定量的に計測できるようになると期待されます。また、分割した細胞を機能素子として用いる新たな細胞利用技術についての将来展開を目指します。細胞で起こる生命活動には無数の生体分子が関わっており、これらの分子は互いに相互 12 藤芳暁東京工業大学大学院理工学研究科助教細胞内部を観る分子解像度の三次元蛍光顕微鏡作用することで三次元的なネットワークを形成していることが示唆されています。しかし、示唆されているネットワークのほとんどは、既存の方法では可視化することが難しく、その機能には謎が多く残っています。当該研究では、細胞内部にある三次元のネットワークを分子解像度で可視化する方法論を確立します。クロマチンの高次構造は転写反応などのゲノム機能に密接に関与しています。その構造 13 宮成悠介自然科学研究機構岡崎統合バイオサイエンスセンター特任准教授階層的なクロマチン高次構造のライブイメージングは静的なものではなく、刻一刻と動的に変化し、転写活性の揺らぎや細胞の不均一性を引き起こすと考えられます。本研究課題では、階層的なクロマチン高次構造を単一細胞内でライブイメージングする技術を開発することで、クロマチン動態によって引き起こされる細胞の不均一性を理解するための研究基盤の構築を目指します。細胞の発生を１細胞レベルで動的かつ網羅的に追跡することは、細胞・個体・進化を理 14 谷内江望東京大学先端科学技術研究センター准教授１細胞レベルで細胞系譜を一斉同定するＤＮＡＢａｒｃｌｏｃｋテクノロジー解するために非常に重要ですが、現在までにそのようなテクノロジーはありません。本研究では細胞の中で時間変化に従ってＤＮＡ配列を高頻度で変化させるＤＮＡバーコード（Ｂａｒｃｌｏｃｋ）を開発し、細胞の系譜を次世代シーケンサーと計算機による再構成によって一斉に１細胞レベルで追跡するテクノロジーを開発します。（五十音順に掲載）さきがけ研究総括からのメッセージ 1細胞解析に意欲と興味をもった若手研究者の結集分野は問いません：生命科学、バイオテクノロジー、ナノテクノロジー、化学、工学、材料科学、光科学、情報学、ケミカルバイオロジー他、、、世界と戦う覚悟と能力自分の提案するアイデア・得意分野・技術が、世界最高のレベルのオリジナリティ研究者としての豊かな人間性対応するCREST研究領域のシニア研究者とは、領域会議などを通じて交流をはかり、さまざまな刺激を享受する柔軟性さきがけ研究総括からのメッセージさきがけ研究を目指す若手研究者へ・生命科学と自分の独自分野との境界領域に関する深い見識と情熱・意欲・独自性に富んだアプローチ・破天荒と思えるくらいの課題設定・20年後の自分の研究を世界レベルのオリジナリティとして確立できる確固とした夢を！