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2020 年度 実施状況報告書

微生物エピゲノム変化の解明に向けたPacBioメチル化データ解析技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K20409
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

齋藤 裕  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (60721496)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードエピゲノム / DNAメチル化 / PacBio / バイオインフォマティクス
研究実績の概要

細菌や真核微生物のエピゲノム研究では、様々な種類のDNAメチル化(5mC、6mA、4mC)を検出可能なPacBioシーケンサーが、Illuminaシーケンサーよりも広く使用されている。しかし、PacBioメチル化データを解析するためのバイオインフォマティクス技術は発展途上であり、特に、メチル化をサンプル間で比較して変化を検出する解析には確立された手法が存在しない。これまでに研究代表者は、Illuminaシーケンサーから得られるメチル化データの解析技術を開発してきた。この経験を活かして本研究では、PacBioデータからメチル化変化を高精度に検出する新しい解析技術を開発する。また、この手法を公開されている様々な微生物のPacBioデータに適用して、これまで見過ごされていた生育条件や発生段階によるメチル化変化の新たな発見を目指す。
今年度は、PacBio社の提供している単一サンプルからのメチル化検出手法ipdSummaryにおいて使用されている一般化隠れマルコフモデルに関して調査を行い、本手法を拡張してサンプル間比較によるメチル化変化検出技術を開発するための理論の検討を行った。
また、細菌や真核微生物のメチル化の特徴として、ほ乳類のCpGメチル化に比べてメチル化レベルが低いことに着目して、低メチル化レベルを適切に扱える新しい隠れマルコフモデルを開発して、論文発表を行った(Lee et al. DNA Res. 2020)。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の予定通り、PacBioメチル化データ用の隠れマルコフモデルに関する調査が完了し、メチル化変化検出技術を開発するための準備が整った。

今後の研究の推進方策

昨年度までに開発した低メチル化レベルを適切に扱える隠れマルコフモデルの知見を取り入れ、メチル化変化検出技術を開発する。

次年度使用額が生じた理由

来年度、開発技術の実装と検証に大規模な計算機実験が必要となるため、2020年度に計算機使用料として計上していた予算を2021年度に使用する計画にした。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Adipose-derived mesenchymal stem cells differentiate into heterogeneous cancer-associated fibroblasts in a stroma-rich xenograft model2021

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki Yoshihiro、Oda Tatsuya、Inagaki Yuki、Kushige Hiroko、Saito Yutaka、Mori Nobuhito、Takayama Yuzo、Kumagai Yutaro、Mitsuyama Toutai、Kida Yasuyuki S.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: 4690

    • DOI

      10.1038/s41598-021-84058-3

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ゲノムは遺伝子を単語とする文章である(か?)2021

    • 著者名/発表者名
      齋藤 裕
    • 雑誌名

      バイオサイエンスとインダストリー

      巻: 79 ページ: 49

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Predicting antibody affinity changes upon mutations by combining multiple predictors2020

    • 著者名/発表者名
      Kurumida Yoichi、Saito Yutaka、Kameda Tomoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 19533

    • DOI

      10.1038/s41598-020-76369-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Existence and possible roles of independent non-CpG methylation in the mammalian brain2020

    • 著者名/発表者名
      Lee Jong-Hun、Saito Yutaka、Park Sung-Joon、Nakai Kenta
    • 雑誌名

      DNA Research

      巻: 27 ページ: dsaa020

    • DOI

      10.1093/dnares/dsaa020

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] CodonAdjust: a software for in silico design of a mutagenesis library with specific amino acid profiles2020

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thuy Duong、Saito Yutaka、Kameda Tomoshi
    • 雑誌名

      Protein Engineering, Design and Selection

      巻: 32 ページ: 503~511

    • DOI

      10.1093/protein/gzaa013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 放線菌におけるタンパク質生産量向上のための新規コドン最適化技術.2020

    • 著者名/発表者名
      齋藤 裕, 北川 航, 亀田 倫史.
    • 雑誌名

      バイオサイエンスとインダストリー

      巻: 78 ページ: 412-413

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 機械学習による生体分子の機能改良2020

    • 著者名/発表者名
      齋藤 裕
    • 雑誌名

      JSBi Bioinformatics Review

      巻: 1 ページ: 12~17

    • DOI

      10.11234/jsbibr.2020.2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Application of next-generation sequencing analysis in the directed evolution for creating antibody mimic.2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Ito, Hafumi Nishi, Thuy Duong Nguyen, Yutaka Saito, Tomoshi Kameda, Hikaru Nakazawa, Koji Tsuda, Mitsuo Umetsu.
    • 学会等名
      The 65th Annual Meeting of the Biophysical Society (BPS 2021).
    • 国際学会
  • [学会発表] 進化分子工学における大規模遺伝子配列解析を利用した機能タンパク質の探索.2021

    • 著者名/発表者名
      河田 早矢, 伊藤 智之, 西 羽美, 来見田 遥一, Nguyen Thuy Duong, 中澤 光, 齋藤 裕, 亀田 倫史, 津田 宏治, 梅津 光央.
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会2021.
  • [学会発表] CodonAdjust: a software for in silico design of a mutagenesis library with specific amino acid profiles.2020

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thuy Duong, Yutaka Saito, Tomoshi Kameda.
    • 学会等名
      PEGS Boston Virtual 2020.
    • 国際学会
  • [学会発表] CodonAdjust: a software for in silico design of a mutagenesis library with specific amino acid profiles.2020

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thuy Duong, Yutaka Saito, Tomoshi Kameda.
    • 学会等名
      Antibody Engineering & Therapeutics Europe 2020.
    • 国際学会
  • [学会発表] Developing a codon optimization method for improved expression of recombinant proteins in actinobacteria.2020

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Saito, Wataru Kitagawa, Toshitaka Kumagai, Naoyuki Tajima, Yoshiyuki Nishimiya, Koichi Tamano, Yoshiaki Yasutake, Tomohiro Tamura, Tomoshi Kameda.
    • 学会等名
      日本バイオインフォマティクス学会2020年年会, 第9回 生命医薬情報学連合大会 (IIBMP 2020).
  • [学会発表] Evolutionary training protocols for deep representation learning of multi-domain proteins.2020

    • 著者名/発表者名
      Hideki Yamaguchi, Yutaka Saito.
    • 学会等名
      日本バイオインフォマティクス学会2020年年会, 第9回 生命医薬情報学連合大会 (IIBMP 2020).
  • [学会発表] 深層表現学習によるタンパク質の指向性進化と自然進化の関連解析.2020

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Fukunaga, Hideki Yamaguchi, Yutaka Saito.
    • 学会等名
      日本バイオインフォマティクス学会2020年年会, 第9回 生命医薬情報学連合大会 (IIBMP 2020).
  • [学会発表] 深層表現学習によるタンパク質の指向性進化と自然進化の関連解析.2020

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Fukunaga, Hideki Yamaguchi, Yutaka Saito.
    • 学会等名
      生命情報科学若手の会 第12回研究会.
  • [学会発表] CodonAdjust: a software for in silico design of a mutagenesis library with specific amino acid profiles.2020

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thuy Duong, Yutaka Saito, Tomoshi Kameda.
    • 学会等名
      第20回 日本蛋白質科学会年会.
  • [学会発表] Evaluating self-assembly propensity of tetra-peptide using MD and machine learning.2020

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Kurumida, Keisuke Ikeda, Yusuke Nakamichi, Kaito Kobayashi, Yutaka Saito, Tomoshi Kameda.
    • 学会等名
      第20回 日本蛋白質科学会年会.
  • [学会発表] Evaluation of the protein stability by molecular dynamics simulation.2020

    • 著者名/発表者名
      Kaito Kobayashi, Tomoshi Kameda, Shin Irumagawa, Ryoichi Arai, Yutaka Saito, Takeshi Miyata, Mitsuo Umetsu.
    • 学会等名
      第20回 日本蛋白質科学会年会.

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公開日: 2021-12-27  

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