研究分野の概略

我々の研究室では次世代シーケンサ（NGS）を利用した大量のゲノムデータ（エピゲノム、遺伝子発現状態、ゲノム立体構造など）を利用し、既存知識に依存することなく全く新しい知見を得るための「データ駆動型ゲノム学」を展開します。

研究内容の紹介

ビッグデータマイニングによるゲノム動態の機序解明

次世代シーケンサ（NGS）を利用したゲノム解析により、転写・複製・立体構造制御などゲノム上のさまざまな動態を直接観測することが可能になりました。国際的プロジェクトにより個人差・がんゲノム・エピゲノムなどの大規模データベースも次々に誕生しており、まさにNGS全盛期と言えます。一方で、生産された膨大かつ多様なNGSデータを統合的に解析し、全く未知の重要な生物学的情報を得る「データ駆動型解析」のために技術開発は未だ発展途上です。

我々はこれまでChIP-seq, RNA-seq, Hi-CなどさまざまなNGSアッセイを利用し、遺伝子疾患患者やノックアウトマウスなどの細胞系を対象に、ゲノム上の制御異常を多面的かつ全ゲノムレベルで研究してきました。ツール開発にも力を入れており、これまでに多サンプルエピゲノム解析のための統合解析パイプラインを構築しています。現在は立体構造、組織内不均一性（heterogeneity）、シミュレーション技術などにも対象を広げ、多様かつ柔軟な解析を可能とする「マルチNGSオミクス・データ駆動型解析システム」の実装に取り組んでいます。

さまざまなゲノム情報を全ゲノム的に捉えるNGSアッセイを用いて、ゲノムの謎に迫ります。

最近の研究成果

ヒト胚着床現象を高度に模倣することに世界で初めて成功　着床機序の解明や不妊治療法の開発に期待
乳がんの再発を起こす原因細胞を解明
データ駆動型解析で見えてきたゲノム立体構造の謎 ――新しい立体構造解析手法CustardPyを開発――
統合的ゲノム解析のためのWebデータベース”CohesinDB”を開発

論文一覧

  1. *Nakato R, Sakata T, Wang J, Nagai LAE, Nagaoka Y, Oba GM, Bando M, *Shirahige K. Context-dependent perturbations in chromatin folding and the transcriptome by cohesin and related factors. Nature Communications, 13(1), 2023.
  2. Wang J, Bando M, Shirahige K, *Nakato R. Large-scale multi-omics analysis suggests specific roles for intragenic cohesin in transcriptional regulation. Nature Communications, 13(1), 2022.
  3. Wang J, *Nakato R. HiC1Dmetrics: framework to extract various one-dimensional features from chromosome structure data. Briefings in Bioinformatics, 23(1): bbab509, 2021.
  4. Nakajima N, Hayashi T, Fujiki K, Shirahige K, Akiyama T, Akutsu T, *Nakato R. Codependency and mutual exclusivity for gene community detection from sparse single-cell transcriptome data. Nucleic Acids Research, 49(18): e104, 2021.
  5. *Nakato R, Sakata T. Methods for ChIP-seq analysis: A practical workflow and advanced applications. Methods, 187: 44-53, 2020.
  6. ‡Nakato R, *‡Wada Y, Nakaki R, Nagae G, Katou Y, Tsutsumi S, Nakajima N, Fukuhara H, Iguchi A, Kohro T, Kanki Y, Saito Y, Kobayashi M, Izumi-Taguchi A, Osato N, Tatsuno K, Kamio A, Hayashi-Takanaka Y, Wada H, Ohta S, Aikawa M, Nakajima H, Nakamura M, McGee RC, Heppner KW, Kawakatsu T, Genno M, Yanase H, Kume H, Senbonmatsu T, Homma Y, Nishimura S, Mitsuyama T, Aburatani H, *Kimura H, *Shirahige K. Comprehensive epigenome characterization reveals diverse transcriptional regulation across human vascular endothelial cells, Epigenetics & Chromatin, 12(1): 77, 2019. ‡These authors contributed equally to this work.
  7. *Nakato R, Shirahige K. Sensitive and robust assessment of ChIP-seq read distribution using a strand-shift profile. Bioinformatics, 34(14): 2356-2363, 2018.
  8. *Nakato R, Shirahige K. Recent advances in ChIP-seq analysis: from quality management to whole-genome annotation. Briefings in Bioinformatics, 18(2): 279-290, 2017.
  9. Izumi K, Nakato R, Zhang Z, Edmondson AC, Noon S, Dulik MC, Rajagopalan R, Venditti CP, Gripp K, Samanich J, Zackai EH, Deardorff MA, Clark D, Allen JL, Dorsett D, Misulovin Z, Komata M, Bando M, Kaur M, Katou Y, *Shirahige K, *Krantz ID. Germline gain-of-function mutations in AFF4 cause a developmental syndrome functionally linking the super elongation complex and cohesin. Nature Genetics, 47(4): 338-344, 2015.
  10. *‡Deardorff MA, ‡Bando M, ‡Nakato R, ‡Watrin E, Itoh T, Minamino M, Saitoh K, Komata M, Katou Y, Clark D, Cole KE, De Baere E, Decroos C, Di Donato N, Ernst S, Francey LJ, Gyftodimou Y, Hirashima K, Hullings M, Ishikawa Y, Jaulin C, Kaur M, Kiyono T, Lombardi PM, Magnaghi-Jaulin L, Mortier GR, Nozaki N, Petersen MB, Seimiya H, Siu VM, Suzuki Y, Takagaki K, Wilde JJ, Willems PJ, Prigent C, Gillessen-Kaesbach G, Christianson DW, Kaiser FJ, Jackson LG, Hirota T, *Krantz ID, *Shirahige K. HDAC8 mutations in Cornelia de Lange syndrome affect the cohesin acetylation cycle. Nature, 489(7415): 313-7, 2012. ‡These authors contributed equally to this work.
中戸　隆一郎　准教授
NAKATO Ryuichiro
博士（情報学）
新領域創成科学、医学系研究科
Nagai Luis Augusto Eijy　助教
NAGAI LUIS AUGUSTO EIJY
博士（医科学）
デフォルト画像
横田　直子　技術職員
YOKOTA Naoko
デフォルト画像
及川　栄子　技術職員
OIKAWA Eiko
博士（理学）