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Geometric and functional data analysis for spatiotemporal data mining in medicine and life sciences

Research Project

Project/Area Number 21K21316
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 1002:Human informatics, applied informatics and related fields
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Okada Daigo  京都大学, 医学研究科, 助教 (10911852)

Project Period (FY) 2021-08-30 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords幾何学 / 関数データ解析 / 老化 / オミックス / 生命情報学 / オミックス解析 / 画像解析 / データマイニング / エピゲノム / バイオインフォマティクス / 画像 / 幾何 / 眼科学
Outline of Research at the Start

近年の医学・生命科学研究では、時間構造と空間構造の両方を持ったデータからの情報抽出問題は様々な状況で現れる。本研究では、データ駆動的に時空間データの情報抽出を行う新規の解析手法を提案する。提案手法を用いて、臨床蛍光造影画像解析と時系列エピゲノミクス解析の課題に取り組む。これらは、臨床医学、基礎生命科学のそれぞれで代表的かつ重要性の高い時空間データからの情報抽出問題である。また、本研究で開発する手法は、臨床画像診断や次世代シークエンサーデータの解析に幅広く適用できると期待できる。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a novel data analysis method based on geometry and functional data analysis for data-driven analysis in the medical and life sciences domain with temporal and spatial structures. In particular, we developed a novel DICNAP method based on functional data analysis to comprehensively detect nonlinear aging changes and classify their representative patterns in the aging genomics foeld. By applying this method to a public DNA methylation dataset, we were able to reveal the overall picture of nonlinear aging changes in DNA methylation markers.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

加齢に過程で生じる変化には、線形なものだけでなく非線形な変化も数多くあることが知られている。本研究の学術的意義は、オミックスデータからデータ駆動的に加齢変化パターンの全体像を取得する関数データ解析に基づく手法を開発したことである。また、関数データ解析を用いたオミックス解析の有意義な実施例を示したことも意義の1つである。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Data-driven identification and classification of nonlinear aging patterns reveals the landscape of associations between DNA methylation and aging2023

    • Author(s)
      Okada Daigo、Cheng Jian Hao、Zheng Cheng、Kumaki Tatsuro、Yamada Ryo
    • Journal Title

      Human Genomics

      Volume: 17 Issue: 1 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1186/s40246-023-00453-z

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Comparative Study of Transcriptome in the Hearts Isolated from Mice, Rats, and Humans2022

    • Author(s)
      Okada D, Okamoto Y, Io T, Oka M, Kobayashi D, Ito S, Yamada R, Ishii K, Ono K.
    • Journal Title

      Biomolecules

      Volume: 12 Issue: 6 Pages: 859-876

    • DOI

      10.3390/biom12060859

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mathematical model for the relationship between single-cell and bulk gene expression to clarify the interpretation of bulk gene expression data2022

    • Author(s)
      Okada Daigo、Zheng Cheng、Cheng Jian Hao
    • Journal Title

      Computational and Structural Biotechnology Journal

      Volume: 20 Pages: 4850-4859

    • DOI

      10.1016/j.csbj.2022.08.062

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Data-driven comparison of multiple high-dimensional single-cell expression profiles2021

    • Author(s)
      Okada Daigo、Cheng Jian Hao、Zheng Cheng、Yamada Ryo
    • Journal Title

      Journal of Human Genetics

      Volume: 67 Issue: 4 Pages: 215-221

    • DOI

      10.1038/s10038-021-00989-9

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cell population‐based framework of genetic epidemiology in the single‐cell omics era2021

    • Author(s)
      Okada Daigo、Zheng Cheng、Cheng Jian Hao、Yamada Ryo
    • Journal Title

      BioEssays

      Volume: 44 Issue: 1 Pages: 2100118-2100118

    • DOI

      10.1002/bies.202100118

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 1細胞トランスクリプトームデータを用いた遺伝子セット間の関係の探索2022

    • Author(s)
      Cheng Zheng, Man Wang, Ryo Yamada, Daigo Okada
    • Organizer
      日本人類遺伝学会第67回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ATAC-seqデータの形の情報は生物学的知見をもたらす2022

    • Author(s)
      Jian Hao Cheng, Cheng Zheng, Ryo Yamada, Daigo Okada
    • Organizer
      日本人類遺伝学会第67回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 1細胞発現プロファイルとバルク遺伝子発現解析の関係を表現する数理モデル2022

    • Author(s)
      Daigo Okada, Cheng Zheng, Jian hao Cheng
    • Organizer
      日本人類遺伝学会第67回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 非線形な加齢変化に着目した 老化に対するDNAメチル化バイオマーカーの探索と分類2021

    • Author(s)
      Daigo Okada, Jian hao Cheng, Cheng Zheng, Ryo Yamada
    • Organizer
      日本人類遺伝学会第66回大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Daigo Okada, Jian Hao Cheng, Ryo Yamada2021

    • Author(s)
      Information geometric approach to embed multiple single cell expression profiles into low dimensional coordinate space
    • Organizer
      Pacifichem 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-10-22   Modified: 2024-01-30  

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