2020 Fiscal Year Research-status Report

Elucidating the 3D Genome Landscape

Research Project

Project/Area Number	17K15050
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	菅原武志東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任助教 (60713005)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2022-03-31
Keywords	染色体構造 / モデリング / 準安定構造 / クロマチン動態
Outline of Annual Research Achievements	研究代表者は、染色体構造のデータ駆動型モデリングに関する計算機シミュレーションプラットフォームを構築、シミュレーションを実行し数理的に準安定構造を推定した。その結果と過去の研究で得られたライブイメージング結果と比較した。2019, 2020年度は、研究期間中に多くのHi-Cデータが公開されたため、他生物種データについても離散的準安定ゲノム構造推定を行なって妥当性の検証と生物学的意味を考察した。2020年度までで得られた結果とさらに必要なデータを加えることで論文にまとめる。・クロマチン動態のイメージングデータ解析と数理解析に関する論文を修正した。査読中論文を受理されやすくするため、より専門的な雑誌への投稿に変更した(Sugawara et al., under review)。・サンプリングした構造の標本集団から準安定構造を推定した。具体的には、3D構造のクラスタリングによりデータ集団を類似構造にグループ分けし、推定された構造から有効自由エネルギー地形を構成した。・構造エントロピーの制約が不十分であることが原因で起こる「構造を推定するアルゴリズムで計算が収束しない」問題を解決するために、正解に比較的近い初期値を探索することにより問題を回避した。他方、「安定構造を概算する」理論的近似法を考え、数値データと比較した。・研究期間中に報告された他の研究と比較し、手法のアドバンテージや欠点を検証した。・上記結果とさらに必要なデータをシミュレーションして集めて論文にまとめ、2021年度前半に投稿、2021年度中に学会発表予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 2020年度は2019年度に引き続き、データ駆動型モデリングから離散的準安定ゲノム構造を数理的に研究した。ライブイメージング結果と比較した結果を2020年度中に結果をまとめ論文にする予定であったが、コロナ禍で研究進捗が遅れ予定通り計画が進まなかった。今年度中に以下の工程を実行する予定である。 (1) クロマチン動態のイメージングデータ解析と数理解析に関する論文を修正し、今年度中の受理を目標に査読中(Sugawara et al., under review)。 (2) 構造エントロピーの制約が不十分であることが原因で起こる「構造を推定するアルゴリズムで計算が収束しない」問題を解決すべく収束が速くなる初期値を探索することにより問題を回避した。これにより得た結果を論文にまとめる。 (3) 研究期間中に報告された他の研究と比較し、手法のアドバンテージや欠点を検証した。 (4) 2021年度前半に投稿、2021年度中に学会発表予定である。
Strategy for Future Research Activity	コロナ禍で研究進捗が遅れ予定通り計画が進まなかったが、課題推進上の技術的困難の多くは解決されたので、あとは論文完成と学会発表に重点を置き時間を使う。具体的には今年度中に以下を進める。 (1) 査読中論文を受理されやすくするため、より専門的な雑誌への投稿に変更した。 (2) 改良された手法により得た結果を論文にまとめる。短期間での論文完成を目標にしてエフォートを上げる。 (3) 論文をまとめるのに必要なデータは集まってきているが、使用していたタワー型ワークステーションだけでは計算リソースが十分でない。論文まとめを加速するため昨年度新しい計算機を購入し計算リソースを増やした。 (4) 2021年度前半に投稿、2021年度中に学会発表予定である。
Causes of Carryover	2020年度は2019年度に引き続き、データ駆動型モデリングから離散的準安定ゲノム構造を数理的に研究し、得られた結果を2020年度中にまとめ論文にする予定であったが、コロナ禍で研究進捗が遅れ予定通り計画が進まなかった。次年度使用額は論文校閲料と論文投稿料に使用する計画である。