大人数の遺伝子発現データ無しで表現型と遺伝子発現の個人差の関連を調べる手法の開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K20394
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 尾崎 遼 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (10743346)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 機械学習 / 遺伝子発現 / 深層学習

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、機械学習技術を応用し、大人数の個人発現量データを必要とせずに、個々人のゲノムデータから遺伝子発現量の個人差を予測し、遺伝子発現量と表現型の関連解析を行う方法を開発し、個人から採取が困難な組織・細胞型の遺伝子発現量と表現型の関連を発見することを目指す。上記の目的を達成するために、（１） 大人数の個人発現量データを必要とせずに、個々人のゲノムデータから遺伝子発現量の個人差を予測するモデルを実装し、（２） (1) で開発された予測モデルを用いて個々人のゲノムデータから予測された遺伝子発現量に基づいて個々人の表現型と関連する遺伝子を探索するアルゴリズムを実装する、という二段階に分けて課題を遂行する。
その中で、2020年度は、本研究計画の遂行に必要なデータ、すなわち、米国NIH dbGaPに所収されているヒト個人由来のゲノムデータを所属機関において、関係部局と協議を進め、データ利用に向けたロードマップを確認した。
また、異なるコホート由来のバルクRNA-seqデータを統合して解析する場合に、バッチ効果が問題になるため、補正が必要となる。その中で、１細胞RNA-seq用解析フレームワークのSeuratパイプラインの使用によってバルクRNA-seqデータのバッチ効果が軽減されることを見出し、実際の個人由来遺伝子発現データの処理に活用できる知見を得ることができた。
並行して、遺伝子発現に影響を与える部分配列についての知見を得るため、遺伝子発現の揺らぎに影響を与える因子の検討を１細胞トランスクリプトームデータを用いて行い、いくつかの配列要素を見出した。現在、この成果を現在論文投稿準備中である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

NCBIのdbGaPに収載されているcontrolled accessのゲノムデータを使用する予定であるが、dbGaPへのアクセス許可申請に必要な学内責任者の許可を得るのに多大な時間を要し、未だに得られていないため、当初の予定よりやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

研究に使用するゲノムデータが収載されているNCBIのdbGaPへのアクセス許可申請を行い、ゲノムデータをダウンロードする。このデータに、開発した手法を適用し、遺伝子発現の予測の精度を予測値と実測値の比較によって評価する。

Causes of Carryover

コロナ禍の影響で研究計画に遅れが生じ、次年度使用額が生じた。翌年度分として請求した助成金と合わせ、ゲノムデータに、開発した手法を適用し、遺伝子発現の予測の精度を予測値と実測値の比較によって評価し、成果を発表することに使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Trans-omic analysis reveals obesity-associated dysregulation of inter-organ metabolic cycles between the liver and skeletal muscle (2021)
  • Author(s): Egami, R., Kokaji, T., Hatano, A., Yugi, K., Eto, M., Morita, K., Ohno, S., Fujii, M., Hironaka, K.-I., Uematsu, S., Terakawa, A., Bai Y., Pan, Y., Tsuchiya, T., Ozaki, H., Inoue, H., Uda, S., Kubota H., Suzuki, Y., Matsumoto M., Nakayama, K.-I., Hirayama, A., Soga, T., & Kuroda, S.
  • Journal Title: iScience Volume: 24 Pages: 102217～102217
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102217
• [Journal Article] Stability of RNA sequences derived from the coronavirus genome in human cells (2020)
  • Author(s): Wakida, H., Kawata, K., Yamaji, Y., Hattori, E., Tsuchiya, T., Wada, Y., Ozaki, H., & Akimitsu, N.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 527 Pages: 993～999
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.05.008
• [Journal Article] Transomics analysis reveals allosteric and gene regulation axes for altered hepatic glucose-responsive metabolism in obesity (2020)
  • Author(s): Kokaji, T., Hatano, A., Ito, Y., Yugi, K., Eto, M., Morita, K., Ohno, S., Fujii, M., Hironaka, K.-I., Egami, R., Terakawa, A., Tsuchiya, T., Ozaki, H., Inoue, H., Uda, S., Kubota, H., Suzuki, Y., Ikeda, K., Arita, M., Matsumoto, M., Nakayama, K.-I., Hirayama, A., Soga, T., & Kuroda, S.
  • Journal Title: Science Signaling Volume: 13 Pages: eaaz1236～1236
  • DOI: 10.1126/scisignal.aaz1236
• [Remarks] コロナウイルスの遺伝情報に秘められた機能を解明
  • URL: https://www.tsukuba.ac.jp/journal/medicine-health/20200512140015.html