革新的細胞解析研究プログラム（セルイノベーションプログラム） ► 革新的細胞解析研究プログラムについて

はじめに

ライフサイエンスは、複雑かつ精緻な生命現象のメカニズム解明をめざす科学であり、新たな医薬品の開発、食料生産の増大、新たな産業の創出など、わが国の産業競争力強化の鍵となる重要な研究分野です。
生物のもつすべての遺伝子のセットはゲノムとよばれ、細胞の核にあるD N A の塩基配列というかたちで保持されています。ヒトのゲノムは約 3 0 億の塩基対からなり、2 0 0 3 ( 平成 1 5 ) 年に、そのすべての配列がヒトゲノム計画という国際プロジェクトにより解読されました。
これを受けて文部科学省では、平成 1 6 年度から2 0 年度まで、ゲノムネットワークプロジェクトを実施しました。細胞内では、ゲノムにある遺伝子の塩基配列に基づいてタンパク質がつくられ、他の遺伝子やタンパク質と複雑に相互作用しながら機能しています。このプロジェクトでは、ヒトの遺伝子やタンパク質のネットワークを解明し、得られた成果をデータベースとして整備して、発生、免疫など生命現象の研究、また、がん、糖尿病など病気の治療法の開発に向けた研究に取り組みました。
さらに、平成 2 1 年度より開始された、革新的細胞解析研究プログラム ( セルイノベーション) は、ゲノムネットワークプロジェクトから得られた成果や、機器・設備、人材、データなどを活用しつつ、これまでなしえなかった大規模かつ多面的なゲノム関連情報の解析を、革新的なデータ産出能力をもつ次世代シーケンサーを利用して行うとともに、細胞内のようすを描き出すイメージングなどの手法を駆使して、ゲノムサイエンスの観点から、細胞のしくみ、ひいては、生命のしくみを解読することをめざしています。
このプログラムでは、生命現象の統合的な理解や医学・薬学など医療や産業への貢献のほか、構築する拠点をさまざまな大学や企業の研究者が利用できるような基盤として公開することにより、がん、発生・分化など、幅広い研究分野へ波及効果を与えることが期待されます。

プログラムの必要性と背景

欧米およびアジア各国において、生命科学研究の基礎となるゲノム配列、ゲノム機能の研究に対して、国家プロジェクトとして積極的な支援を行つている状況の中で、今後、わが国がライフサイエンス研究をよリー層推進していくためには、遺伝子発現制御、シグナル伝達、代謝制御など細胞機能のシステムを理解する研究を重点的に実施していくことが求められます。
ゲノム関連情報解析に用いるシーケンサーの技術的進展はめざましく、従来型と比べて桁違いの処理能力をもつ超高速の次世代シーケンサーの実用化が始まっています。米国、英国、中国、シンガポールなどでは、すでにシーケンサー拠点整備が行われており、わが国のライフサイエンス分野の国際競争力を維持するためには、シーケンス拠点整備は急務であり、併せて、シーケンサーからは大量かつ多種多様なデータが産出されることから、膨大なデータを扱うためのデータ解析拠点を整備することが必要です。
発生・分化、がんなど経時変化が重要な意味をもつ生命現象について細胞レベルの解析・解明を行うためには、ある時点のスナップショットであるゲノム関連情報解析に加え、細胞情報の経時・連続計測を行う研究を推進していくことが必要です。

期待される効果

細胞プログラムの解析により、さまざまな疾患について、発症メカニズムの解明と、新たな予防法、診断法、および治療薬創出等の治療法開発に向けた基礎的知見・技術の提供が可能になります。また、このプログラムで構築したシーケンス拠点などの基盤設備を大学や企業などのライフサイエンス研究者に広く公開することにより、幅広い研究分野への波及効果が期待されます。

プログラムの構成

セルイノベーションプログラムは、1)シーケンス拠点、2)データ解析拠点、3)先導研究から構成されます。

シーケンス拠点
ヒトゲノム解読には、染色体 DNA(ゲノム)塩基配列を自動で読み取るシーケンサーという機械が使われました。これは手動の 100〜 1000倍もの速さで配列を読み取れるものでしたが、近年では、従来のシーケンサーのさらに100〜 1000倍もの速さをもつ次世代シーケンサーが開発されています。
この革新的な技術開発により、ゲノムDNAの塩基配列だけでなく、遺伝情報を媒介するRNAの種類と量 (トランスクリプトーム)、ゲノムの構造が少し変化することで遺伝子の働きを決めるエピゲノムなど、多種多様なゲノム関連情報が高速に得られるようになってきました。そこで、これらの配列情報を大規模かつ体系的に収集することができるよう、複数台の次世代シーケンサーを整備した拠点を構築し、データを産出します。この拠点では、次世代シーケンサーの生み出す配列情報の正確さを確保するための技術を開発するとともに、得られた配列のゲノム上の位置や推定される機能などを解析します (1次解析)。
データ解析拠点
シーケンス拠点から産出される多様かつ大量のデータを取り扱うための計算機資源を整備した拠点を構築し、シーケンス拠点が産出した1次解析データの生物学的な意義づけやデータ間の関連づけ(2次解析)を先導研究と共同で行っています。
これらの 1次・2次解析データと、先導研究で産出されるその他のデータをデータベース化するとともに、ゲノムネットワークプロジェクトから得られた成果などの既知データを統合して細胞内の複雑な生命現象を理解するためのプラットフォーム (基盤)の構築をめざしています。
先導研究
次世代シーケンサーを活用して得られるデータを細胞機能の解析に結びつける研究を、課題 A、課題 Bの 2つのジャンルで行います。
課題 Aでは、このプログラムでターゲットとする細胞について、シーケンス拠点の次世代シーケンサーで取得される種々のデータに基づき、トランスクリプトームの挙動や遺伝子・染色体の構造変化を解析します。これに加えて、GFP(緑色蛍光タンパク質)などのバイオマーカーや顕微鏡などを用いて細胞状態を可視化するイメージング技術や、細胞あるいは生命を1つのシステムとして理解しようとするシステムバイオロジーの研究を同時に行い、細胞機能の解明をめざします。
課題 Bでは、従来の技術では取得できなかった細胞の情報を、新たな次世代シーケンサーを利用して取得するための革新的な技術の開発と、それを活用した細胞機能解析研究を行っています。

研究推進体制

プログラムの円滑な実施を図るため、プログラムディレクター(PD)およびプログラムオフィサー(PO)を配置します。また、進捗状況の確認や成果の取りまとめや広報などを行う運営委員会、シーケンス拠点における先導研究のデータ取得に関しての調整や外部開放の方針に関する検討を行うシーケンス拠点運営ワーキンググループ(WG)、個人のゲノム情報などの取り扱いに関する検討を行う倫理ワーキンググループ(WG)を設置します。
また、プログラムディレクター(PD)、プログラムオフィサー(PO)および研究実施者と連携し、2つの拠点と先導研究との間の情報の共有化、運営委員会などの実施および研究成果の社会への発信などにより、プログラム全体の円滑な運営を行う事務局を設けます。