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次世代シークエンシングデータを利用した機械学習によるRNA二次構造予測の高精度化

研究課題

研究課題/領域番号 16K00404
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
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

佐藤 健吾  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20365472)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019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)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードバイオインフォマティクス / RNA二次構造予測 / 機械学習 / NGSデータ
研究成果の概要

部分的な構造情報である二次構造プロファイルを弱レベル学習データとして利用可能とする機械学習アルゴリズムを開発し,既存手法よりも精密な二次構造モデルを大量の二次構造プロファイルから学習することによって,過学習を回避しつつRNA二次構造予測の精度向上を目指す.まず,既存のTurner熱力学モデルに基づく自由エネルギー最小化法と構造化SVMによるパラメータ学習法を融合することによってより頑健かつ高精度なRNA二次構造予測手法の開発を行った.計算機実験の結果,既存の手法に見られる過学習は観測されず,予測精度の向上が確認された.

研究成果の学術的意義や社会的意義

RNA 二次構造予測は古くから研究されているが,長い配列に対する予測精度は未だに十分とは言えない.本研究によりRNA二次構造予測の精度が向上し,生体内におけるRNAの機能を推定する手がかりが得られることが期待される.さらに,RNAウィルスをターゲットとする創薬などに応用することが可能である.

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 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

    (15件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] An improved de novo genome assembly of the common marmoset genome yields improved contiguity and increased mapping rates of sequence data2020

    • 著者名/発表者名
      Jayakumar Vasanthan、Ishii Hiromi、Seki Misato、Kumita Wakako、Inoue Takashi、Hase Sumitaka、Sato Kengo、Okano Hideyuki、Sasaki Erika、Sakakibara Yasubumi
    • 雑誌名

      BMC Genomics

      巻: 21 号: S3 ページ: 243-243

    • DOI

      10.1186/s12864-020-6657-2

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 医師国家試験自動解答プログラムの処方薬問題への拡張2018

    • 著者名/発表者名
      Mizuguchi Tatsuya、Ito Shino、Sato Kengo、Sakakibara Yasubumi
    • 雑誌名

      人工知能学会論文誌

      巻: 33 号: 6 ページ: E-I58_1-10

    • DOI

      10.1527/tjsai.E-I58

    • ISSN
      1346-0714, 1346-8030
    • 年月日
      2018-11-01
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A max-margin training of RNA secondary structure prediction integrated with the thermodynamic model2018

    • 著者名/発表者名
      Akiyama Manato、Sato Kengo、Sakakibara Yasubumi
    • 雑誌名

      Journal of Bioinformatics and Computational Biology

      巻: 16 号: 06 ページ: 1840025-1840025

    • DOI

      10.1142/s0219720018400255

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Convolutional neural network based on SMILES representation of compounds for detecting chemical motif2018

    • 著者名/発表者名
      Hirohara Maya、Saito Yutaka、Koda Yuki、Sato Kengo、Sakakibara Yasubumi
    • 雑誌名

      BMC Bioinformatics

      巻: 19 号: S19 ページ: 526-526

    • DOI

      10.1186/s12859-018-2523-5

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A max-margin training of RNA secondary structure prediction integrated with the thermodynamic model2020

    • 著者名/発表者名
      Akiyama, M., Sato, K., Sakakibara, Y.
    • 学会等名
      Noncoding RNAs: Mechanism,Function and Therapies, Keystone Symposia
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A max-margin training of RNA secondary structure prediction integrated with the thermodynamic model2019

    • 著者名/発表者名
      Akiyama, M., Sato, K., Sakakibara, Y.
    • 学会等名
      RNA Informatics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 機械学習を用いたRNA二次構造予測2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤健吾
    • 学会等名
      日本バイオインフォマティクス学会九州地域部会セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 深層学習に基づくRNAグアニン4重鎖構造識別法の検討2018

    • 著者名/発表者名
      加藤有己,佐藤健吾,Jakob Hull Havgaard,河原行郎
    • 学会等名
      第20回日本RNA学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] RNA secondary structure prediction using deep learning2017

    • 著者名/発表者名
      Akiyama, M., Sakakibara, Y., Sato, K.
    • 学会等名
      第6回生命医薬情報学連合大会,日本バイオインフォマティクス学会2017年年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] がん細胞株における derived RNA のプロファイル解析2017

    • 著者名/発表者名
      青木言太,土谷麻里子,小坂威雄,長谷純崇,佐藤健吾,水野隆一,大家基嗣,榊原康文
    • 学会等名
      第19回日本RNA学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 深層学習によるRNA二次構造予測2017

    • 著者名/発表者名
      秋山真那斗,榊原康文,佐藤健吾
    • 学会等名
      第19回日本RNA学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Improving RNA secondary structure prediction with weak label learning from NGS data2016

    • 著者名/発表者名
      Akiyama, M., Sakakibara, Y., Sato, K.
    • 学会等名
      第5回生命医薬情報学連合大会,日本バイオインフォ マティクス学会2016年年会
    • 発表場所
      東京国際交流館プラザ平成(東京都・江東区)
    • 年月日
      2016-09-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Inverse folding of two interacting RNA molecules2016

    • 著者名/発表者名
      Taneda, A., Sato, K.
    • 学会等名
      第5回生命医薬情報学連合大会,日本バイオインフォ マティクス学会2016年年会
    • 発表場所
      東京国際交流館プラザ平成(東京都・江東区)
    • 年月日
      2016-09-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] MXfold: the max-margin based RNA folding algorithm

    • URL

      https://github.com/keio-bioinformatics/mxfold

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書 2017 実施状況報告書
  • [備考] Neuralfold

    • URL

      https://github.com/keio-bioinformatics/Neuralfold

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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