階層的統計モデルに基づく異種ゲノム情報の統合手法に関する総合研究

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17200020
• 研究機関: 統計数理研究所
• 研究代表者: 樋口 知之 統計数理研究所, モデリング研究系, 教授 (70202273)
• 研究分担者: 川崎 能典 統計数理研究所, モデリング研究系, 助教授 (70249910) ; 上野 玄太 統計数理研究所, モデリング研究系, 助手 (40370093) ; 染谷 博司 統計数理研究所, モデリング研究系, 助手 (00333518) ; 玉田 嘉紀 統計数理研究所, 統計科学技術センター, 助手 ; 井元 清哉 東京大学, 医科学研究所・ヒトゲノム解析センター, 助手 (10345027)
• キーワード: ゲノム / マイクロアレイ / モデル化 / ソフトコンピューティング / プロテオーム

研究概要

生物学的知識を無向グラフィカルモデルであるマルコフランダム場モデルとして表現し,DNAアレイデータに現れた遺伝子間相互作用を表すベイジアンネットワークを組み合わせた枠組みで研究をすすめている.ベイジアンネットワークにおいて矢印の太さを推定する作業は,統計の伝統的専門分野である非線形回帰問題に帰着できる.普通の非線形回帰問題は,回帰される変数に誤差を仮定しないが,本研究ではそこにも観測誤差を仮定した非線形回帰の枠組みですすめた.一つの条件付分布について非線形回帰を行い,そこからの結果をその遺伝子が影響している次の遺伝子に関する非線形回帰に反映させる.それらを順次繰り返すことで,トータルで一つの同時分布を推定する作業とした.一つ一つの非線形回帰問題で問題となる,ブートストラップのやり方に関するフリーなパラメータ値は,n個の条件付分布に関しても一定のものになるような評価でもって,consistentになるように定めた.マルコフランダム場モデルとして表された事前情報をどの程度組み込むかはハイパーパラメータが制御するが,その決定を最尤法で行おうとすると組み合わせ爆発をする計算を行う必要がある.従ってこれまでは周辺尤度の上限値,下限値をもとめることで,間接的にこの値を推定していた.よって,この尤度の見積もりがどの程度精密なのか,あるいは全く別の観点からのハイパーパラメータの決定法を考察するなど,ハイパーパラメータの推定法に関する数理的課題に取り組んだ.これらと平行して,状態空間モデルを利用したDNAアレイデータの解析手法の情報収集と新しい手法の開発を始めた.また,タンパク質工学における望みの機能をもつタンパク質の発見の過程を情報科学における最適化とみなし,タンパク質工学への応用のための遺伝的アルゴリズムの一手法を示しつつ,その有効性を計算機実験により確認しウェットな実現の可能性を探った.

研究成果

• [雑誌論文] Error tolerant model for incorporating biological knowledge with expression data in estimating gene networks Statistical Methodology (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Imoto, T.Higuchi, T.Goto, S.Miyano
  • 雑誌名: Statistical Methodology 3 ページ: 1-16
• [雑誌論文] State-space Approach with the Maximum Likelihood Principle to Identify the System-Generating Time Course Gene Expression Date of Yeast (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Yamaguchi, T.Higuchi
  • 雑誌名: International Journal of Data Mining and Bioinformatics (in print)
• [雑誌論文] Residual Bootstrapping and Median Filtering for Robust Estimation of Gene Networks from Microarray Data (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Imoto, T.Higuchi, S.Kim, E.Jeong, S.Miyano
  • 雑誌名: Proceedings of Computational Methods in Systems Biology 3082 ページ: 149-160
• [雑誌論文] Estimating gene networks with cDNA microarray Data Using State-space models (2005)
  • 著者名/発表者名: R.Yamaguchi, S.Yamashita, T.Higuchi
  • 雑誌名: Proceedings of 2005 International Workshop on Data Mining and Bioinformatics 3482 ページ: 381-388
• [雑誌論文] A Penalized Likelihood Estimation on Transcriptional Module-based Clustering (2005)
  • 著者名/発表者名: R.Yoshida, S.Imoto, T.Higuchi
  • 雑誌名: Proceedings of 2005 International Workshop on Data Mining and Bioinformatics 3482 ページ: 389-401
• [雑誌論文] Estimating Time-Dependent Gene Networks from Time Series Microarray Data by Dynamic Linear Models with Markov Switching (2005)
  • 著者名/発表者名: R.Yoshida, S.Imoto, T.Higuchi
  • 雑誌名: Proceedings of Computational Systems Bioinformatics Conference (CSB2005) ページ: 289-298
• [図書] モデルヴァリデーション(第3章:地球科学におけるモデルヴァリデーション) (2005)
  • 著者名/発表者名: 樋口知之(他 北川源四郎, 岸野洋久, 山下智志, 川崎能典)
  • 総ページ数: 210
  • 出版者: 共立出版