| 研究課題/領域番号 |
20K19916
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
仲嶋 なつ 東京大学, 医科学研究所, 特任研究員 (60848373)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 時変遺伝子ネットワーク / １細胞解析 / 細胞分化 / LASSO回帰 / 動的計画法 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、一つの細胞から直線状や木構造状に変化するような細胞分化において、１細胞RNA-seqにより得られる細胞の擬似時系列を用いて、細胞が分岐する変化点と各細胞種での遺伝子ネットワークを推定する手法を開発することである。今年度は、直線状に分化する分岐点と各遺伝子ネットワークを推定する最適化問題を多項式時間で解くために、分岐点を推定する動的計画法と遺伝子ネットワークを推定する動的計画法を組み合わせた二重動的計画法に基づく計算手法を開発した。追加する辺に関しては、データの全遺伝子の発現量を用いて、各遺伝子ごとにLASSO回帰により二乗誤差の計算、回帰係数の大きな遺伝子を特徴量として選択し、動的計画法を用いて、ネットワーク全体での二乗誤差の総和が最小となるように推定を行う。推定手法を、造血幹細胞分化の１細胞RNA-seqのデータに適用し、擬似時系列推定による二次元座標をもとに、6種の各細胞種において、中央値を示す細胞から数十細胞を抽出し、十分なサンプル数の発現量データを作成した。分散の大きな遺伝子を抽出したデータを用いて、計算機実験を行い、手法の有効性を検証したところ、数種の細胞種については、分岐する変化点を推定できることを示した。
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| 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
本研究では、１細胞RNA-seqデータから、追加する辺についての特徴抽出と細胞の擬似時系列を用いて、各細胞種での遺伝子ネットワークを推定する手法を開発するが、今年度は、実施予定としていた、LASSO回帰を用いた特徴抽出と二重動的計画法に基づく推定手法の開発、また造血幹細胞分化の１細胞RNA-seqデータへの適用と、擬似時系列推定をもとに、遺伝子ネットワーク推定に用いる各細胞種での発現データの作成、及び推定手法を用いた計算機実験により有効性の検証を行っていることから、概ね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
木構造状に分化するような系に適用するために、二重動的計画法を拡張した計算手法の開発を行う。また、遺伝子数や細胞数が多いデータに適用する場合には、計算時間が大きくなるため、二乗誤差の計算については、並列計算が可能となるように、計算手法の実装を検討する。さらに、分化における各細胞種での遺伝子間相互作用を解析することで、推定手法の有効性を検証するとともに、分化機序に関する遺伝子についての知見を深める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナ感染症の影響で、国際会議などに参加できず、学会参加費、旅費が使用できなかったため。次年度使用額は\50000であり、本年度は、学会参加費や物品の購入費として使用する。
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