比較ゲノム解析のための情報変換モデルの構築と計算手法の開発

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17018029
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 榊原 康文 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10287427)
• 研究分担者: 浅井 潔 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (30356357)
• キーワード: 比較ゲノム / マルチプルアライメント / ゲノム再編成 / ゲノム再編成 / 2次構造予測 / 機能性RNA / アセンブリ

研究概要

複数種のゲノム配列から保存領域を高速に検出するシステムMurasakiを並列化するために,クラスターマシンと呼ばれる数十から数百,数千のCPUを並列に同時に動かすことのできる計算機を用いて,ヒトゲノム比較などの非常に大きな仕事を多数のCPUに分散して手分けして処理する仕組みを開発した.その結果,ヒト,チンパンジー,アカゲザル,マウス,ラット,ドッグなどを含む哺乳類9種のゲノムを丸ごと比較解析することが達成された.次に,Murasakiにより検出されたアンカーからシンテニー領域を計算するアルゴリズムを開発して,それに基づいて哺乳類ゲノムのゲノム再編成解析を行った.このアルゴリズムによって同定されたシンテニー領域に基づいて,ヒト,チンパンジー,アカゲザル,イヌ,マウス,ラット,オポッサムの7種に対して再編成に基づく系統樹を計算した.その結果,再編成に基づく進化系統樹は,霊長目と食肉目のクレイドに対して,げっ歯目は遠縁であることを示した.機能性RNAの解析のための新しいアルゴリズムの開発では,RNA2次構造の与えられたエネルギーモデルと,予測に適した評価尺度に対して,理論的に予測精度が最大となる予測手法を開発した.構造既知のRNAによる計算機実験では,1本のRNA配列からの2次構造予測,RNA配列群からの2次構造予測のどちらにおいても,既存のどの手法よりも精度が高いことが実証された.最後に,Murasakiが出力するアンカーを用いて,多種間に保存されるシンテニー領域を同定するシステムOSfinderと,遺伝子間のオルソログとパラログの関係を求めるシステムOASYSの開発を行なった.101種の原核生物ゲノム比較及び15種の菌類界ゲノム比較にOASYSを適用することにより,ゲノム進化の過程において,遺伝子の並びの進化とタンパク質配列の進化の間に相関があることを明らかにした.

研究成果

• [雑誌論文] Accurate identification of orthologous segments among multiple genomes (2009)
  • 著者名/発表者名: Hachiya, T., Osana, Y., Popendorf, K., Sakakibara, Y.
  • 雑誌名: Bioinformatics 25(7) ページ: 853-860
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrating statistical predictions and experimental Verifications for enhancing protein-chemical interaction predictions in virtual screening (2009)
  • 著者名/発表者名: Nagamine, N., Shirakawa, T., Minato, Y., Torii, K., Kobayashi, H., Imoto, M., Sakakibara, Y.
  • 雑誌名: PLoS Computational Biology 5(6) ページ: 1000397
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prediction of RNA secondary structure by combining homologous sequence information (2009)
  • 著者名/発表者名: Hamada, M., Sato, K., Kiryu, H., Mituyama, T., Asai, K.
  • 雑誌名: Bioinformatics 25(12) ページ: 330-338
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcripts of unknown function in multiple-signaling pathways involved in human stem cell differentiation (2009)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi, K., Fukuda, M., Ito, T., Inoue, M., Yokoi, T., Chiku, S., Mitsuyama, T., Asai, K., Hirose, T., Aizawa, Y.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 35(15) ページ: 4987-5000
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genome-wide searching with base-pairing kernel functions for non-coding RNAs : computational and expression analysis of snoRNA families in Caenorhabditis elegans (2009)
  • 著者名/発表者名: Morita, M., Saito, Y., Sato, K., Oka, K., Hotta, K., Sakakibara, Y.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 37(3) ページ: 999-1009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Whole-genome tiling array analysis of Mycobacterium leprae RNA reveals high expression of pseudogenes and noncoding regions (2009)
  • 著者名/発表者名: Akama, T., Suzuki, K., Tanigawa, T., Kawashima, A., Wu, H., Nakata, N., Osana. Y.. Sakakibara, Y.. Ishii, N.
  • 雑誌名: Journal of Bacteriology 191 ページ: 3321-3327
  • 査読あり
• [雑誌論文] CENTROIDFOLD : a web server for RNA secondary structure prediction (2009)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Hamada, M., Asai, K., Mituyama, T.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 37(Web server issue) ページ: W277-W280
  • 査読あり
• [雑誌論文] A local multiple alignment method for detection of non-coding RNA sequences (2009)
  • 著者名/発表者名: Tabei. Y., Asai. K.
  • 雑誌名: Bioinformatics 25(12) ページ: 1498-1505
  • 査読あり
• [雑誌論文] A regulatory circuit for piwi by the large Maf gene traffic jam in Drosophila (2009)
  • 著者名/発表者名: Saito, K., Inagaki, S., Mituyama, T., Kawamura, Y, Ono, Y., Sakota, E., Kotani, H., Asai, K., Siomi, H., Siomi, M.C
  • 雑誌名: Nature 461(7268) ページ: 1296-1299
  • 査読あり
• [雑誌論文] CentroidAlign : Fast and accurate aligner for structured RNAs by maximizing expected sum-of-pairs score (2009)
  • 著者名/発表者名: Hamada, M., Sato, K., Kiryu, H., Mituyama, T., Asai, K.
  • 雑誌名: Bioinformatics 25(24) ページ: 3236-3243
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensitive detection of conserved gene clusters unravels the evolutionary forces behind the correlation between protein sequence homology and geneorder conservation. (2009)
  • 著者名/発表者名: Hachiya, T., Sakakibara, Y.
  • 雑誌名: Genes, Genomes and Genomics 3(1) ページ: 31-45
  • 査読あり
• [学会発表] Gradient-based optimization of hyperparamers for base-pairing profile localalignment kernels (2009)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Saito, Y., Sakakibara, Y.
  • 学会等名: Genome Informatics
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2009-12-14
• [学会発表] A non-parametric Bayesian approach for predicting RNA secondarystructures (2009)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Hamada, M., Mituyama, T., Asai, K., Sakakibara, Y.
  • 学会等名: Proceedings of 9th Workshop on Algorithms in Bioinformatics (WABI 2009)
  • 発表場所: フィラデルフィア,米国
  • 年月日: 2009-09-12
• [備考] 比較ゲノム解析システムMurasaki
  • URL: http://murasaki.dna.bio.keio.ac.jp/
• [備考] RNA配列解析統合ウェブサーバ
  • URL: http://software.ncrna.org/