Development of a new tissue registration method for organ/organism-scale systems biology

开发用于器官/生物体规模系统生物学的新组织登记方法

• 批准号: 19J13071
• 负责人: 真野 智之
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J13071/
• 关键词: 組織透明化; クラウドコンピューティング; システム生物学; データベース; 脳レジストレーション; クラウド

本研究では，組織透明化技術によって得られたマウス全脳イメージングデータをより精緻に解析するためのアルゴリズム・ソフトウェアの開発を進めている．前年度までの研究で，形状が微妙に異なる複数の脳を正確に位置合わせする計算（＝レジストレーション）の手法を開発した．本手法は高い精度でマウス脳を位置合わせすることができるが，多大な計算資源を必要とし，実験で得られる数十個の脳を解析するには一般的な計算機環境では困難があった．そこで，本年度は，パブリッククラウドを活用することで簡便に大規模な全脳解析を実現することを目的とし，新たなプログラムの開発に着手した（CUBIC-Cloud と命名）．CUBIC-Cloud では，計算機科学が専門でない生物学者・神経科学者でも全脳の解析が実施できるよう，直感的な Graphical User Interface (GUI) を提供している．CUBIC-Cloud を使うことで，研究者は多数のマウス脳のレジストレーションを行うだけでなく，結果を三次元のビューアーで可視化したり，定型的な定量化とグラフの作成をクラウド上で実施することができる．さらに，CUBIC-Cloud の実用的応用として，100個以上のマウス全脳の様々な解析を実施した．そのひとつとして，マウスの発達における Parvalbumin (PV) 陽性神経細胞の発現変化を解析した．3週から2年までの10の発達段階におけるマウス脳を採取しCUBIC-Cloudを用いて解析を行った．これにより，初期の発達や老齢によってPVの発現が大きく変化する脳領域を特定することに成功した．上記で述べた研究成果の一部をまとめた論文を Cell Reports Methods 誌に投稿し，査読を経たのち2021年4月15日付けで論文が受理された．

This study aims to improve the development of tissue transparency technology by analyzing the structure of tissue transparency technology. In the past year, we have studied the method of calculating the shape of the complex and the correct position of the complex. This method is highly accurate and requires a lot of computational resources. It is difficult to analyze dozens of data in a general computer environment. This year, we started to develop new technologies to facilitate the implementation of large-scale, comprehensive analysis.(CUBIC-Cloud name).CUBIC-Cloud.CUBIC-Cloud The researchers divided most of the data into three parts: visualization, quantification and preparation. Today, CUBIC-Cloud is used for analysis of more than 100 applications. Parvalbumin (PV) positive neurons develop in 3 weeks and 10 years. The initial stage of development of PV was successfully completed. A part of the research results mentioned above was submitted to Cell Reports Methods on April 15, 2021.

项目成果

CUBIC-Cloud: A computational framework for quantitative whole brain analysis of cells and circuits

CUBIC-Cloud：用于细胞和电路定量全脑分析的计算框架

• 发表时间: 2019
• 作者: T. Mano;E. A. Susaki;K. Murata;K. Kon;C. Shimizu;H. Ono;K. Miyamichi;K. Touhara;H. R. Ueda
• 通讯作者: H. R. Ueda

Advanced CUBIC tissue clearing for whole-organ cell profiling

• DOI: 10.1038/s41596-019-0240-9
• 发表时间: 2019-12-01
• 期刊: NATURE PROTOCOLS
• 影响因子: 14.8
• 作者: Matsumoto, Katsuhiko;Mitani, Tomoki T.;Ueda, Hiroki R.
• 通讯作者: Ueda, Hiroki R.

CUBIC-Cloud: An Integrative Computational Framework Towards Community-driven Whole-Mouse-Brain Mapping

• DOI: 10.1101/2020.08.28.271031
• 发表时间: 2020-08
• 期刊: bioRxiv
• 作者: T. Mano;Ken Murata;K. Kon;Chika Shimizu;Hiroaki Ono;Shoi Shi;R. Yamada;Kazunari Miyamichi;E. Susaki;K. Touhara;H. Ueda

Whole-organ analysis of TGF-β-mediated remodelling of the tumour microenvironment by tissue clearing.

通过组织清除对 TGF-β 介导的肿瘤微环境重塑进行全器官分析。

• DOI: 10.1038/s42003-021-01786-y
• 发表时间: 2021-03-05
• 期刊: Communications biology
• 影响因子: 5.9
• 作者: Kubota SI;Takahashi K;Mano T;Matsumoto K;Katsumata T;Shi S;Tainaka K;Ueda HR;Ehata S;Miyazono K
• 通讯作者: Miyazono K

CUBIC-Cloud: A cloud-based computational framework for quantitative single-cellresolution whole-brain analysis

CUBIC-Cloud：基于云的计算框架，用于定量单细胞分辨率全脑分析

• 发表时间: 2019
• 作者: Mano T;Susaki EA;Murata K;Kon K;Shimizu C;Ono H;Miyamichi K;Touhara K;and Ueda HR
• 通讯作者: and Ueda HR