| Project/Area Number |
19K22246
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 37:Biomolecular chemistry and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
SUZUKI Tsutomu 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20292782)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | RNA修飾 / tRNA / エピトランスクリプトミクス / ナノポアシーケンス / 機械学習 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、修飾を含むRNAをナノポアシーケンスすることによって得られる電流値を大量に取得し、深層学習を行うことで、RNA修飾の検出に特化したbase callアルゴリズムの開発を目指す。そのための前段階として、細胞から抽出した全tRNAを未分画のままナノポアシーケンスし、個々のtRNA が通過した際に生じる特徴的な電流波形のパターンから、その配列を読むことなく1 分子ごとにtRNA 種を特定する分類器の開発を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
For expanding world of epitranscriptomics, it is necessary to establish an innovative technology to profile and analyze cellular tRNAs with their modification status. Nanopore-based sequencing is a unique method capable of directly analyzing RNA molecules without cDNA conversion. We aim to establish a practical method for classifying cellular tRNAs with their modification status using the ONT’s nanopore sequencer. We isolated all 44 species of E. coli tRNAs and nanopore-sequenced each of them individually. All tRNA datasets were used for deep learning using a convolutional neural network (CNN). After examining various learning models and increasing the number of epochs, we succeeded in raising the classification accuracy to a practical level (>98% on average). In addition, we successfully discriminated tRNAs with or without single modification with high accuracy, demonstrating that the nanopore clearly recognizes the change in ion current signal caused by a single RNA modification.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究成果は、エピトランスクリプトミクス研究の基盤技術を提供し、RNA修飾が担う機能と、普遍的な生命現象との関わりを明らかにすることで、学術的に貢献するだけでな、将来的なエピトランスクリプトミクス創薬や食料問題など、様々な経済的価値の創出に大きく貢献することが期待される。特に本技術は、がんや生活習慣病などの疾患で変動するRNA修飾を、微量な試料を用いて、迅速にかつ正確に解析することが可能になるため、有用なバイオマーカーが存在しない疾患領域においても、新しい診断法を提供できる可能性があると考えられる。
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