深層学習を用いたRNA二次構造情報解析の高速化

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 23K16997
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 福永 津嵩 早稲田大学, 高等研究所, 准教授(任期付) (80791433)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• キーワード: RNA二次構造 / 深層学習 / アルゴリズム

研究実績の概要

深層学習を用いてRNA accessibility計算を高速化するDeepRaccessを開発し、既存手法のRaccessと高い相関を持つこと及び原核生物の開始コドン周辺配列から翻訳量を推定するのに有効であることを示した。本研究は既に論文出版済みである(Hara et al., Frontiers in Bioinformatics, 3, 1275787)。また深層学習とは別の方法として、ビームサーチを用いてRNA構造解析を高速化する手法にも取り組んででおり、CentroidAlignやCentroidHomFoldについてアルゴリズムの実装を進めた。現在、小規模データセットにおいては高い速度パフォーマンスが出ていることを確認している。

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

本研究のコアとなる技術であるDeepRaccessについて開発に成功したため。

今後の研究の推進方策

RNA accessibility以外の二次構造特徴量である塩基絵対結合確率や構造プロファイルについても、深層学習を活用して高速化できるかについて検討を進める。また、ビームサーチを用いて高速化したCentroidAlignやCentroidHomFoldについて、大規模データセットでの検証を進め、論文化を行う。

次年度使用額が生じた理由

当初、大規模計算の遂行に必要な計算機の購入を初年度に予定していたが、本年度はソフトウェア開発に集中的に時間を割いたため、実データ解析のために必要な大規模計算機を購入しなかった。次年度以降、実データ解析を行う際に、必要な計算機の購入を行う。

研究成果

• [雑誌論文] DeepRaccess: high-speed RNA accessibility prediction using deep learning (2023)
  • 著者名/発表者名: Hara Kaisei、Iwano Natsuki、Fukunaga Tsukasa、Hamada Michiaki
  • 雑誌名: Frontiers in Bioinformatics 巻: 3 ページ: 1275787
  • DOI: 10.3389/fbinf.2023.1275787
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 相同配列情報を活用した高速なRNA二次構造予測手法の開発. (2024)
  • 著者名/発表者名: 西村 友宏, 久保 顕登, 福永 津嵩, 浜田 道昭.
  • 学会等名: 情報処理学会第77回バイオ情報学研究会
• [学会発表] DeepRaccess: 深層学習を用いた高速なRNAアクセシビリティ予測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 原 快成、岩野 夏樹、福永 津嵩、浜田 道昭.
  • 学会等名: 第76回バイオ情報学研究会