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生体内の遺伝子発現の転写後制御に関わるRNA間の相互作用が注目を集めている。これまでいくつかのRNA間相互作用予測アルゴリズムが提案されてきたが、その取り得る構造の複雑さやバリエーションの多さなどのため、1本鎖RNA配列の構造予測に関する研究ほど解析手法が確立されておらず、発展途上の研究課題と言える。昨年度では、超高速かつ高精度の相互作用予測アルゴリズムRactIPの開発に成功し、初等的なWebサーバーを公開するに至っていた。そこで、今年度では2つのRNA間のループ同士の相互作用による複雑な結合2次構造は、1つのRNAが形成するシュードノットと呼ばれる複雑な2次構造に類似である点に着目し、RactIPでの方法論が1本鎖RNA配列解析でそのまま適用できないかと考えた。まず、シュードノットを含む2次構造の事後確率分布を、シュードノットを含まない2次構造の確率分布の積へ分解を行った。次に、最適化における目的関数の設定において、予測2次構造の期待精度の最大化に主眼を置き、期待精度最大化問題を閾値カット付き整数計画問題として実現した。RactIPのときと同様に、従来整数計画問題では解けないサイズの問題も圧倒的な速さで解くことに成功した。さらに、多重配列アラインメントが与えられたとき、その共通2次構造を予測するようにモデルの拡張を行った。提案手法(IPknot)の性能評価を構造既知の配列データセットを用いて行ったところ、複数の既存手法と比べて精度の点では同等以上、速度の点では桁違いの高速性を実現した。最後に、研究成果を広く世界に向けて発信するため、IPknotのWebサーバーを開発し、今年度新たに補完したRactIPのサーバーと統合することで、世界最高レベルの高速性を実現する構造解析ツールセットを公開した。
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