Genome scale 4D atlas of gene expression in embryogenesis

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前年度までにZebrafish胚発生の遺伝子発現の時空間再構築を行うアルゴリズムの開発を行った。このアルゴリズムについて、実際の発現パターンと異なるパターンを推定してしまう場合があったため、まず、その改良に当たった。具体的には、推定のアルゴリズムを変分ベイズからEMアルゴリズムに変更し、ハイパーパラメータの値もデータに合わせて変更するようにした。その結果、一細胞の推定位置はより妥当なものとなり、実際と異なる発現パターンを呈していた遺伝子の多くで、改善傾向を見ることができた。再構築された遺伝子発現に基づいて体節期における遺伝子の空間発現パターンから、それぞれの細胞のクラスタリングを行い18のクラスタに分類し、マーカー遺伝子によるアノテーションを行った。その結果、多くの細胞種について、既知の空間的配置と一致することを確認しており、本手法がそれぞれの細胞の発現プロファイルとして現実の胚に存在する細胞をある程度再現できていることを確認した。上記で分類された細胞種について、その分化に至るまでの時空間的なダイナミクスの解析を試みた。その結果、Midbrain領域の分化がその後方領域より始まることが示唆された。この結果は、実際の胚発生においてMidbrainの分化がより後方にあるHindbrainとの境界領域からのシグナルによって分化するという既存の知見とコンシステントなものであった。本研究では、遺伝子の発現を網羅的に再構築するため、リガンド分子とレセプター分子とが近接して発現している時空間点を抽出可能となる。実際にいくつかのFgfシグナリングに関わるペアについて解析を行ったところ、既知のインタラクションを再発見すると共に、4で述べた中脳の分化時間とインタラクションがある時間とが一致することを発見した。