Genome information physics based on microrheology of the 3D genome organization
Publicly Offered Research
| Project Area | Information physics of living matters |
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| Project/Area Number |
20H05550
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
新海 創也 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (60547058)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | ゲノム構造 / ゲノム動態 / クロマチン / 高分子モデリング / レオロジー |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、独自に開発したゲノム3次元構造Hi-Cデータを高分子ダイナミクスとして解読する新規シミュレーション手法（PHi-C）を基礎に、マイクロレオロジーの基本関係式を利用した、Hi-Cデータに潜在する動的レオロジー特性の解析方法を確立する。そして、Hi-Cデータに整合する高分子ダイナミクスシミュレーションによって、3次元空間内に動的に組織化されるゲノムドメイン形成を解明する。最後に、ゲノム上の動的レオロジカル情報と分子的ゲノム制御を意味するエピゲノム情報との網羅的バイオインフォマティクス解析を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々がこれまでに開発してきたPHi-C法は、次世代シーケンサーを用いた3次元ゲノム構造解析法であるHi-C法のデータを高分子ダイナミクスとして解読することのできるソフトウェアである。さらに、PHi-C法の拡張としてゲノム3次元構造に潜在する動的レオロジー特性を抽出する計算手法も開発してきた。PHi-C法のアルゴリズムには、最適化のための計算ボトルネックやユーザビリティの悪さなどがあったため、その改善に取り組んだ。まず、Hi-Cデータと高分子モデルのパラメータ間における数学的な対応関係を明らかにすることに成功した。さらに、最適化アルゴリズムの改善によって、計算スピードと精度が飛躍的に向上した。そして、ユーザビリティの向上のために、コマンドラインインターフェースによる仕様設計に変更した。最終的に、これらの改善点に基づいてPHi-C法をアップデートすること「PHi-C2」に成功した。現在、論文を投稿し、プレプリントはbioRxivにて公開している（https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.05.06.490994）。ソースコードに関してはhttps://github.com/soyashinkai/PHi-C2で公開している。
PHi-C2によって、より詳細にゲノム3次元構造に潜在する動的レオロジー特性をゲノム座標に沿って表現できるようになってきた。このような新規データセットに対して各種クラスタリング手法を適用することで、時間的変動の特徴を分類することが可能になってきた。一方で、別の生物学的意義のあるデータセットと組み合わせることには課題が残っており、今後さらに研究を進めていく必要がある。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
