Study on the enhancer grammar that specifies cell type-specific gene expression
| Project/Area Number |
22K06189
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 43060:System genome science-related
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
中井 謙太 東京大学, 医科学研究所, 教授 (60217643)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
VANDENBON ALEXIS 京都大学, 医生物学研究所, 准教授 (60570140)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
|
|---|
| Keywords | ハウスキーピング制御領域 / DNAメチル化 / 大規模言語モデル / 細胞種特異的発現制御 / クロマチンループ / 自然言語モデル / ゲノム情報解析 / モチーフ文法 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
近年、細胞種特異的遺伝子発現に果たすエンハンサー配列の役割が注目されている。しかし、 エンハンサー配列は進化的保存が控えめで、その基本構造の理解はエンハンサー文法問題と呼ばれる大きな謎になっている。本研究では、以下の3つの側面から、この問題の解決を目指す。
1) 細胞種特異的発現遺伝子エンハンサーにみられる頻出モチーフパターンの抽出
2) 類縁細胞種間比較解析によるクロマチンループ構造の階層性の発見
3) 言語モデルによるエンハンサー文法理解
|
| Outline of Annual Research Achievements |
エンハンサー文法の探求をいくつかのアプローチで行っている。
現在、一番力を入れているのは、ABC予測法による、いろいろな細胞や組織におけるエンハンサーと標的プロモーターの相互作用予測結果の解析である。これらのデータにおける予測活性エンハンサーの位置をヒトゲノム上にマップすることで、ゲノム上に位置付けられたエンハンサーがどのような細胞で活性化されているかを調べたところ、ほとんど全ての細胞で活性化されているエンハンサーが1000個程度あることを発見し、こちらの方が新規の知見と結びつく可能性が高いと判断して、当初の計画とは少しずれるが、こちらを優先して解析することにした。その結果、これらのほとんどはエンハンサー部位というよりは、むしろアノテーション的にはプロモーター部位と対応することがわかった。ABC予測はゲノム上の活性化領域をヒストンマークなどの情報から選んでいるため、プロモーター領域が含まれうること自体は新しいとは言えないが、ほぼすべての細胞で活性化されている領域がプロモーター領域と対応していることは興味深い知見と言える。プロモーター領域がエンハンサー活性を持ち得ることも従来から提唱されていたが、我々の結果はエンハンサーとプロモーターの類縁性と相違性を明らかにする足掛かりになると思われ、現在追加データを収集し、論文投稿を準備している。
そのほか、近年注目度の高い大規模言語モデル（LLM）のゲノム解析への応用を中国山東大学のWei博士らのグループと行っており、いくつかの論文発表を行った。また、クロマチンループの大規模データの解析にも大学院生が取り組んでくれたが、はかばかしい結果がでないままに卒業になってしまっている。また、パイロット的にABC予測結果を視覚的に確認しやすいデータベースを試作した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ABC予測に基づく研究に関しては、毎週オンラインミーティングで進捗状況を確認し、結果について議論を続けている。論文も投稿準備中であり、いくつかの国際学会などでも発表済みや発表予定である。また本研究に端を発した共同研究をトルコのグループと行う話が持ち上がっている。
中国グループとの共同研究も順調に進んでおり、現在も研究が進行中である。
さらに、研究室の大学院生が深層学習モデルを用いたエンハンサー予測に取り組んでいる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、主にハウスキーピング転写制御領域について集中して研究を行ったが、とりあえず研究がまとまりつつあるので、2023年度は、当初の計画に戻って、細胞種特異的エンハンサーの特徴づけに取り組む予定である。そのとき、ゲノムDNAの特定の領域（ブロック）が、細胞種特異的に脱メチル化されるという網羅的なデータが最近発表されており、この領域が細胞種特異的エンハンサーと重なっている可能性が高いので、このデータも取り入れて研究を進めていきたい。
また、大規模言語モデルに基づく研究でも、DNA脱メチル化ブロックの予測に挑戦し、ある程度それがうまくいけば、脱メチル化を細胞特異的に起こす配列的特徴をできるだけグローバルに探索したいと考えている。
進展の著しい分野なので、世界の研究の進展に目を配りながら、臨機応変に研究を進めていきたい。
|
Report
(1 results)
Research Products
(10 results)
-
-
[Journal Article] DeepBIO: an automated and interpretable deep-learning platform for high-throughput biological sequence prediction, functional annotation and visualization analysis2023
Author(s)
Ruheng Wang, Yi iang, Junru Jin, Chenglin Yin, Haoqing Yu, Fengsheng Wang, Jiuxin Feng, Ran Su, Kenta Nakai, Quan Zou, & Leyi Wei.
-
Journal Title
Nucleic Acids Research
Volume: 51
Issue: 7
Pages: 3017-3029
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
[Journal Article] iDNA-ABF: multi-scale deep biological language learning model for the interpretable prediction of DNA methylations2022
Author(s)
Junru Jin, Yingying Yu, Ruheng Wang, Xin Zeng, Chao Pang, Yi Jiang, Zhongshen Li, Yutong Dai, Ran Su, Quan Zou, Kenta Nakai & Leyi Wei
-
Journal Title
Genome Biology
Volume: 23
Issue: 1
Pages: 219-219
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
