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2021 年度 実績報告書

ゲノム3次元構造に潜在する動的レオロジー特性に基づいたゲノム情報物理学

公募研究

研究領域情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理
研究課題/領域番号 20H05550
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

新海 創也  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (60547058)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワードゲノム構造 / ゲノム動態 / クロマチン / 高分子モデリング / レオロジー
研究実績の概要

我々がこれまでに開発してきたPHi-C法は、次世代シーケンサーを用いた3次元ゲノム構造解析法であるHi-C法のデータを高分子ダイナミクスとして解読することのできるソフトウェアである。さらに、PHi-C法の拡張としてゲノム3次元構造に潜在する動的レオロジー特性を抽出する計算手法も開発してきた。PHi-C法のアルゴリズムには、最適化のための計算ボトルネックやユーザビリティの悪さなどがあったため、その改善に取り組んだ。まず、Hi-Cデータと高分子モデルのパラメータ間における数学的な対応関係を明らかにすることに成功した。さらに、最適化アルゴリズムの改善によって、計算スピードと精度が飛躍的に向上した。そして、ユーザビリティの向上のために、コマンドラインインターフェースによる仕様設計に変更した。最終的に、これらの改善点に基づいてPHi-C法をアップデートすること「PHi-C2」に成功した。現在、論文を投稿し、プレプリントはbioRxivにて公開している(https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.05.06.490994)。ソースコードに関してはhttps://github.com/soyashinkai/PHi-C2で公開している。
PHi-C2によって、より詳細にゲノム3次元構造に潜在する動的レオロジー特性をゲノム座標に沿って表現できるようになってきた。このような新規データセットに対して各種クラスタリング手法を適用することで、時間的変動の特徴を分類することが可能になってきた。一方で、別の生物学的意義のあるデータセットと組み合わせることには課題が残っており、今後さらに研究を進めていく必要がある。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2021 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] The Rheology of the Dynamic 3D Genome Organization2021

    • 著者名/発表者名
      SHINKAI Soya
    • 雑誌名

      Seibutsu Butsuri

      巻: 61 ページ: 293~297

    • DOI

      10.2142/biophys.61.293

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 流体力学的相互作用下の動的3次元ゲノム組織化2021

    • 著者名/発表者名
      新海創也
    • 学会等名
      第39回 染色体ワークショップ・第20回 核ダイナミクス研究会
  • [備考] PHi-C2

    • URL

      https://github.com/soyashinkai/PHi-C2

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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