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混合正則化モデリングを軸としたヘテロ生物データ群からの機械学習の研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K00407
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
研究機関九州大学

研究代表者

丸山 修  九州大学, 芸術工学研究院, 准教授 (20282519)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードモチーフ / ギブス・サンプリング / 結合部位 / E3ユビキチン / タンパク質disorder / 混合正則化 / バイオインフォマティクス / デグロン / 崩壊型ギブス・サンプリング / E3ユビキチン・ライゲース / 依存関係モデル / E3ユビキチン・ライゲース / たんぱく質disorder / モデリング / 機械学習 / マルコフ連鎖モンテカルロ法 / タンパク質複合体 / タンパク質間相互作用ネットワーク / ボルツマン分布 / ヘテロ生物データ
研究成果の概要

「タンパク質複合体予測問題」と「E3ユビキチン・ライゲース結合部位予測問題」に対して,評価関数のモデル化とギブス・サンプリング・アルゴリズムに基づく最適化技法を開発し,一定の成果を得ることができた.とくに,「E3ユビキチン・ライゲース結合部位予測問題」に対しては,生物学的知見に基づき,複雑な尤度関数と複数の事前分布を設計し,これらから得られる事後確率を最適化する崩壊型のギブス・サンプリング・アルゴリズムを提案することができた.また,計算機実験において既存手法より予測精度が優れていることを示した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では,データ・ドリブンな研究手法として,データに基づくモデリングを行い評価関数を設計するスキームを確立することが出来た.とくに,事後確率によるモデリングの柔軟性の高さとギブス・サンプリングをベースとした最適化の汎用性の組み合わせの利点を示すことが出来た.また,取り組んだ生物学的個別課題「E3ユビキチン・ライゲース結合部位予測問題」に関しては,タンパク質配列上の結合部位の予測情報は新規薬剤の設計などに応用できる可能性がある.

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] DegSampler3: Pairwise Dependency Model in Degradation Motif Site Prediction of Substrate Protein Sequences2019

    • 著者名/発表者名
      Maruyama Osamu、Matsuzaki Fumiko
    • 雑誌名

      Proceedings - 2019 IEEE 19th International Conference on Bioinformatics and Bioengineering, BIBE 2019

      巻: NA ページ: 11-17

    • DOI

      10.1109/bibe.2019.00012

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Determining the minimum number of protein-protein interactions required to support known protein complexes2018

    • 著者名/発表者名
      Natsu Nakajima, Morihiro Hayashida, Jesper Jansson, Osamu Maruyama, Tatsuya Akutsu
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 13 号: 4 ページ: e0195545-e0195545

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0195545

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] [Regular Paper] DegSampler: Collapsed Gibbs Sampler for Detecting E3 Binding Sites2018

    • 著者名/発表者名
      Maruyama Osamu、Matsuzaki Fumiko
    • 雑誌名

      Proc. of 2018 IEEE 18th International Conference on Bioinformatics and Bioengineering (BIBE)

      巻: 1 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1109/bibe.2018.00009

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two Challenging Difficulties of Protein Complex Prediction2018

    • 著者名/発表者名
      Maruyama Osamu
    • 雑誌名

      Agriculture as a Metaphor for Creativity in All Human Endeavors. FMfI 2016. Mathematics for Industry

      巻: 28 ページ: 139-145

    • DOI

      10.1007/978-981-10-7811-8_14

    • ISBN
      9789811078101, 9789811078118
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] RocSampler: regularizing overlapping protein complexes in protein-protein interaction networks2017

    • 著者名/発表者名
      Maruyama Osamu、Kuwahara Yuki
    • 雑誌名

      BMC Bioinformatics

      巻: 18 号: S15 ページ: 491-491

    • DOI

      10.1186/s12859-017-1920-5

    • 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
  • [学会発表] Predicting Discriminative Motifs for DNA Methylation in Mammalian Development2020

    • 著者名/発表者名
      Ryo Shimizu, Wan Kin Au Yeung, Hidehiro Toh, Hiroyuki Sasaki and Osamu Maruyama
    • 学会等名
      2020年日本バイオインフォマティクス学会年会 第9回生命医薬情報学連合大会IIBMP2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] DegSampler3: Pairwise dependency model in degradation motif site prediction of substrate protein sequences2019

    • 著者名/発表者名
      Osamu Maruyama
    • 学会等名
      2019 IEEE 19th International Conference on Bioinformatics and Bioengineering, BIBE 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] E3結合部位予測のための崩壊型ギブス・サンプラーDegSampler2019

    • 著者名/発表者名
      丸山 修
    • 学会等名
      分子生物情報研究会 (SIG-MBI)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 正負例配列集合のためのコンセンサス・モチーフによるクラスタリング・アルゴリズム2017

    • 著者名/発表者名
      丸山 修
    • 学会等名
      日本バイオインフォマティクス学会(JSBi)九州地域部会セミナー宮崎開催
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Regularizing protein complexes by mutually exclusive protein-protein interactions2017

    • 著者名/発表者名
      丸山 修
    • 学会等名
      第6回生命医薬情報学連合大会(IIBMP 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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