Ultra-fast RNA structural alignments with pseudoknots

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25330348
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 佐藤 健吾 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20365472)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: RNA二次構造 / マルチプルアラインメント / バイオインフォマティクス

Outline of Annual Research Achievements

RNA構造アラインメントは古くから研究されているにも関わらず，未だに計算量が大きいという問題がある．このため，長鎖非コードRNAやRNAウィルスのような比較的長いRNA配列に関しては，「配列を比べる」という基本的な解析すら厳密手法では満足に行えない状況である．本研究では，期待精度最大化と双対分解に基づく革新的なアルゴリズムにより，シュードノットおよび非正規塩基対からなる拡張二次構造やRNA-RNA相互作用による複合二次構造などの複雑な高次構造を考慮したRNA構造アラインメントを高速かつ高精度に計算する手法を開発することを目的とする．これにより，機能性RNAの機能・構造解析の精度や効率を向上させることができると期待される．本年度は，derived small RNAのトランスクリプトーム解析に局所RNA構造アラインメントを応用する手法の定式化を行い，さらにそれに基づく実装を行なった．これは，RNA二次構造を考慮しながらトランスクリプトームのカバレッジベクターのアラインメントを実行する画期的な手法である．derived small RNAの解析を行う既存手法との比較実験を行い，精度の面で優れていることを示した．また，RNA-RNA相互作用予測法RactIPのアルゴリズムを改良し，配列アクセシビリティを考慮することによってより高精度な相互作用予測を実現し，計算機実験およびウェット実験を実施することにより，改良版RactIPの性能を確かめた．また，RNA配列解析を統合的に実行できるWebサーバRtoolsの開発に貢献した．

Research Products

• [Journal Article] An accessibility-incorporated method for accurate prediction of RNA-RNA interactions from sequence data (2016)
  • Author(s): Kato, Y., Mori, T., Sato, K., Maegawa, S., Hosokawa, H., Akutsu, T.
  • Journal Title: Bioinformatics Volume: 33 Pages: 202-209
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btw603
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rtools: a web server for various secondary structural analyses on single RNA sequences (2016)
  • Author(s): Hamada, M., Ono, Y., Kiryu, H., Sato, K., Kato, Y., Fukunaga, T. Mori, R., Asai, K.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 44 Pages: W302-W307
  • DOI: 10.1093/nar/gkw337
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Rtools: a web server for various secondary structural analyses on single RNA sequences (2016)
  • Author(s): Hamada, M., Ono, Y., Kiryu, H., Sato, K., Kato, Y., Fukunaga, T., Mori, R., Asai, K.
  • Organizer: The 21st Annual meeting of the RNA Society (RNA2016)
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2016-06-28 – 2016-07-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Accurate prediction of RNA-RNA interactions from sequence data incorporating interaction site accessibility (2016)
  • Author(s): Kato, Y., Mori, T., Sato, K., Maegawa, S., Hosokawa, H., Akutsu, T.
  • Organizer: The 21st Annual meeting of the RNA Society (RNA2016)
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2016-06-28 – 2016-07-02
  • Int'l Joint Research