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統計モデルによるゲノムワイドな遺伝子転写カスケード解析法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K00387
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 生命・健康・医療情報学
研究機関早稲田大学 (2021-2022)
大阪大学 (2016-2020)

研究代表者

大里 直樹  早稲田大学, 理工学術院総合研究所(理工学研究所), 主任研究員 (50509536)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード遺伝子発現 / 転写制御 / 転写因子 / エンハンサー / クロマチン相互作用 / インシュレータ / エピゲノム / 深層学習 / ヒストン修飾・オープンクロマチン / CTCF / オープンクロマチン / エンハンサープロモーター相互作用 / 機能エンリッチメント / 遺伝子 / 発現制御 / ゲノム / 情報工学
研究成果の概要

遺伝子発現制御の基本的な転写制御や制御に関わる転写因子(DNA結合タンパク質)とDNA結合配列について、情報解析により予測した。遺伝子から離れた位置に結合する転写因子が発現を制御する遺伝子(転写標的遺伝子)の対応基準を評価する指標を開発した。遺伝子から離れた位置に結合する転写因子と遺伝子の相互作用の仕切り(インシュレータ)に関わる転写因子を予測するために、複雑なモデルを扱う深層学習による手法を開発した。意外にも多くの転写因子が予測され、既知の転写因子CTCFと同様にDNA結合配列の向きに偏りがあり、遺伝子発現量の予測結果に影響した。またインシュレータと相分離の関わりが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

インシュレータに関わる転写因子が多く予測され、既知の転写因子CTCFと同様に、DNA結合配列の向きの偏りがあり、遺伝子発現量に影響する傾向が示された。CTCFは相分離と関わることが論文で報告された。ループ形成で二量体形成によるDNA結合配列の向きの偏りが生じ、インシュレータ機能は相分離と関わると考えられる。情報解析により、このような特徴を発見でき、分子生物学実験では困難と思われる。またインシュレータを考慮した遺伝子発現量の予測を行った。分子的なメカニズムに基づき、より正確な予測法の開発や、新規の制御関係やメカニズムの発見に貢献する。疾患の原因や治療標的となる遺伝子発現制御の予測に貢献する。

報告書

(8件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (55件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 7件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (44件) (うち国際学会 15件、 招待講演 2件) 図書 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Long non-coding RNA 2310069B03Rik functions as a suppressor of Ucp1 expression under prolonged cold exposure in murine beige adipocytes2020

    • 著者名/発表者名
      Mari Iwase, Shoko Sakai, Shigeto Seno, Yu-Sheng Yeh, Tony Kuo, Haruya Takahashi, Wataru Nomura, Huei-Fen Jheng, Paul Horton, Naoki Osato, Hideo Matsuda, Kazuo Inoue, Teruo Kawada, Tsuyoshi Goto
    • 雑誌名

      Bioscience, biotechnology, and biochemistry

      巻: 84 号: 2 ページ: 305-313

    • DOI

      10.1080/09168451.2019.1677451

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Comprehensive epigenome characterization reveals diverse transcriptional regulation across human vascular endothelial cells2019

    • 著者名/発表者名
      Nakato R, Wada Y, Nakaki R, Nagae G, Katou Y, Tsutsumi S, Nakajima N, Fukuhara H, Iguchi A, Kohro T, Kanki Y, Saito Y, Kobayashi M, Izumi-Taguchi A, Osato N, Tatsuno K, Kamio A, Hayashi-Takanaka Y, Wada H, Ohta S, Aikawa M, Nakajima H, Nakamura M, McGee RC, Heppner KW, Kawakatsu T, Genno M, Yanase H, Kume H, et al.
    • 雑誌名

      Epigenetics & Chromatin

      巻: 12 号: 1 ページ: 77-77

    • DOI

      10.1186/s13072-019-0319-0

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Common genetic variants associated with Parkinson’s disease display widespread signature of epigenetic plasticity2019

    • 著者名/発表者名
      Sharma Amit、Osato Naoki、Liu Hongde、Asthana Shailendra、Dakal Tikam Chand、Ambrosini Giovanna、Bucher Philipp、Schmitt Ina、W?llner Ullrich
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-019-54865-w

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Improvement of detection performance of fusion genes from RNA-seq data by clustering short reads2019

    • 著者名/発表者名
      Sota Yoshiaki、Seno Shigeto、Shigeta Hironori、Osato Naoki、Shimoda Masafumi、Noguchi Shinzaburo、Matsuda Hideo
    • 雑誌名

      Journal of Bioinformatics and Computational Biology

      巻: 17 号: 03 ページ: 1940008-1940008

    • DOI

      10.1142/s0219720019400080

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Discovery of biased orientation of human DNA motif sequences affecting enhancer-promoter interactions and transcription of genes2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/290825

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書 2017 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characteristics of functional enrichment and gene expression level of human putative transcriptional target genes2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 雑誌名

      BMC Genomics

      巻: 29(Supple 1) 号: S1

    • DOI

      10.1186/s12864-017-4339-5

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characteristics of functional enrichment and gene expression level of human putative transcriptional target genes2016

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/085654

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Systematic discovery of regulatory motifs associated with an insulator function for human enhancer-promoter interactions2023

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato, Michiaki Hamada
    • 学会等名
      ERATO International Symposium on Chromatin Architecture: Structure and Function
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Systematic discovery of regulatory motifs associated with the insulator function of human enhancer-promoter interactions2022

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato, Michiaki Hamada
    • 学会等名
      Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヒト遺伝子発現制御のインシュレータ機能に関わる転写因子の予測と発見2022

    • 著者名/発表者名
      大里直樹, 浜田道昭
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ヒト遺伝子発現制御のインシュレータ機能に関わる転写因子の予測と発見2022

    • 著者名/発表者名
      大里直樹, 浜田道昭
    • 学会等名
      日本遺伝学会第94回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ヒトのクロマチン相互作用のインシュレータ機能と関わる転写因子の網羅的な解析と発見2022

    • 著者名/発表者名
      大里直樹, 浜田道昭
    • 学会等名
      第11回生命医薬情報学連合大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 深層学習を用いた、ヒトのエンハンサー・遺伝子相互作用に影響する転写因子の解析2021

    • 著者名/発表者名
      大里直樹・浜田道昭
    • 学会等名
      JST CREST 「データ駆動・AI駆動を中心としたデジタルトランスフォーメーションによる生命科学研究の革新[バイオDX]」 キックオフシンポジウム「バイオDXの最前線」
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒトのエンハンサーと遺伝子相互作用や転写制御に影響する、方向性のある転写因子DNA結合配列の解析法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      大里直樹・浜田道昭
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒトのエンハンサーと遺伝子相互作用や転写制御に影響する、方向性のある転写因子DNA結合配列の解析法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      大里直樹・浜田道昭
    • 学会等名
      第68回バイオ情報学研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 深層学習の予測結果に寄与する因子の大規模な解析に伴うノイズの影響の低減2021

    • 著者名/発表者名
      大里直樹・浜田道昭
    • 学会等名
      第24回情報論的学習理論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒトのエンハンサーと遺伝子相互作用や転写制御に影響する、方向性のある転写因子DNA結合配列の解析法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      大里直樹・浜田道昭
    • 学会等名
      第67回バイオ情報学研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒトのエンハンサーと遺伝子相互作用や転写制御に影響する、方向性のある転写因子DNA結合配列の発見2021

    • 著者名/発表者名
      大里直樹・浜田道昭
    • 学会等名
      第10回生命医薬情報学連合大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Systematic discovery of directional chromatin-associated regulatory motifs affecting human gene transcription2021

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Systematic discovery of directional chromatin-associated regulatory motifs affecting human gene transcription2021

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      CSHL meeting, Mechanisms of Eukaryotic Transcription
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヒト転写因子の標的遺伝子の特徴とエンハンサー・遺伝子相互作用に影響する転写因子の発見2020

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 脂肪細胞におけるSTAT3を介したUCP1発現制御機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      疋田菜光・岩瀬麻里・川原崎聡子・酒井章子・坂本智弥・大里直樹・瀬尾茂人・野村亘・高橋春弥・松田秀雄・井上和生・河田照雄・後藤剛
    • 学会等名
      日本栄養・食料学会近畿支部大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒトのオープンクロマチン領域に存在する転写因子DNA結合配列の網羅的な解析2020

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      日本遺伝学会第92回大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒト転写因子の標的遺伝子の特徴とエンハンサー・遺伝子相互作用に関わる転写因子解析2020

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      第9回生命医薬情報学連合大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒト転写因子の標的遺伝子の特徴とインシュレータ機能に関わるDNA配列の発見2020

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      遺伝学会春季分科会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Discovery of directional chromatin-associated regulatory motifs affecting human gene transcription2020

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      RECOMB/ISCB conference on regulatory & systems genomics with dream challenges 2020.
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Discovery of biased orientations of regulatory motifs affecting transcription of human genes and including known insulators2020

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characteristics of human putative transcriptional target genes and discovery of biased orientation of DNA motifs affecting transcription of genes.2019

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osasto
    • 学会等名
      Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A method for inferring gene regulatory networks based on pseudo time-series gene expression profiles from single-cell RNA-seq data.2019

    • 著者名/発表者名
      Kaito Uemura, Naoki Osato, Hironori Shigeta, Shigeto Seno, Hideo Matsuda
    • 学会等名
      Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characteristic of human putative transcriptional target genes and discovery of biased orientation of DNA moitfs affecting transcription of genes.2019

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      The 13th International Workshop on Advanced Genomics
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characteristic of human putative transcriptional target genes and discovery of biased orientations of DNA motifs affecting transcription of genes2019

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒト転写因子の標的遺伝子の特徴とエンハンサー・遺伝子相互作用に関わる転写因子解析2019

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      第8回生命医薬情報学連合大会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒト転写因子の標的遺伝子の特徴とエンハンサー・遺伝子相互作用に関わる転写因子解析2019

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      日本遺伝学会第91回大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒト転写因子の標的遺伝子の特徴とエンハンサー・遺伝子相互作用に関わる転写因子解析2019

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      遺伝学会春季分科会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒトのエンハンサーと遺伝子相互作用や転写制御に影響する、方向性のある転写因子DNA結合配列の発見2018

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒトのエンハンサーと遺伝子相互作用や転写制御に影響する、方向性のある転写因子DNA結合配列の発見2018

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      日本遺伝学会第90回大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒトのエンハンサーと遺伝子相互作用や転写制御に影響する、方向性のある転写因子DNA結合配列の発見2018

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      第7回生命医薬情報学連合大会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Discovery of biased orientation of DNA motif sequences affecting enhancer-promoter interactions and transcription of genes2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      RECOMB/ISCB conference on regulatory & systems genomics with dream challenges
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Discovery of biased orientation of DNA motif sequences affecting enhancer-promoter interactions and transcription of genes2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Discovery of biased orientation of DNA motif sequences affecting human gene expression for prediction of enhancer-promoter interactions2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      Human Genome Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Chromatin accessibility dynamics reveal decrease of DNA motif sequences of transcription factors during macrophage aging2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      International Meeting on RECQ Helicases and Related Diseases
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characteristics of functional enrichment and gene expression level of human putative transcriptional target genes2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      The 12th International Workshop on Advanced Genomics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Methylation diversity among human vascular endothelial cells2017

    • 著者名/発表者名
      Genta Nagae, Youichiro Wada, Ryuichiro Nakato, Takayoshi Umeda, Yuki Katou, Shuichi Tsutsumi, Naoki Osato, Yasuharu Kanki, Mika Kobayashi, Akashi Izumi-Taguchi, Yutaka Saito, Toutai Mitsuyma, Hiroshi Kimura, Katsuhiko Shirahige, Hiroyuki Aburatani
    • 学会等名
      The 12 th International Workshop on Advanced Genomics. Japan
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヒト転写標的遺伝子の機能エンリッチメントの特徴とクロマチン相互作用に関わるタンパク質のDNA結合配列解析への応用2017

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      第40回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ucp1発現を制御するnon-coding RNAの探索と機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      岩瀬麻里、酒井章子、高橋春弥、野村亘、Jheng Huie-Fen、荒武、瀬尾茂人、大里直樹、松田秀雄、河田照雄、後藤剛
    • 学会等名
      農芸化学学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] UCP1発現制御に関するmiRNAの探索及び機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      酒井章子、大久保麻里、高橋春弥、野村亘、Jheng Huie-Fen、荒武、瀬尾茂人、大里直樹、松田秀雄、河田照雄、後藤剛
    • 学会等名
      第56回日本栄養・食糧学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Characteristic of functional enrichments of putative transcriptional target genes and its application2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      第52回バイオ情報学研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Characteristic of functional enrichments of human putative transcriptional target genes2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      第6回生命医薬情報学連合大会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 1細胞RNA-seqの特性を考慮した遺伝子発現差解析手法の検討2017

    • 著者名/発表者名
      大里直樹、繁田浩功、瀬尾茂人、松田秀雄
    • 学会等名
      NGS現場の会第五回研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒト転写標的遺伝子予測と転写標的遺伝子機能の偏り2016

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 学会等名
      第39回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2016-12-01
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Prediction of transcriptional target genes and its association with their functional enrichments2016

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osato
    • 学会等名
      第5回生命医薬情報学連合大会
    • 発表場所
      東京国際交流会館プラザ平成
    • 年月日
      2016-09-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [図書] 月刊細胞11月号 Topics 機械学習による遺伝子転写制御に関わる因子の探索2022

    • 著者名/発表者名
      大里直樹, 浜田道昭
    • 総ページ数
      3
    • 出版者
      ニューサイエンス社
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [図書] 月刊細胞12月号 Topics データ解析と機械学習による転写制御因子の探索2021

    • 著者名/発表者名
      大里直樹, 浜田道昭
    • 総ページ数
      5
    • 出版者
      ニューサイエンス社
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [図書] 月刊細胞7月号 Topics データ解析による転写制御因子の探索2021

    • 著者名/発表者名
      大里直樹
    • 総ページ数
      4
    • 出版者
      ニューサイエンス社
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] researchmap 大里直樹

    • URL

      https://researchmap.jp/naokiosato

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2025-01-30  

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