高次構造を考慮した超高速RNA構造アラインメント

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25330348
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 佐藤 健吾 慶應義塾大学, 理工学部, 講師 (20365472)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: RNA二次構造 / マルチプルアラインメント / バイオインフォマティクス

Outline of Annual Research Achievements

RNA構造アラインメントは古くから研究されているにも関わらず，未だに計算量が大きいという問題がある．このため，長鎖非コードRNAやRNAウィルスのような比較的長いRNA配列に関しては，「配列を比べる」という基本的な解析すら厳密手法では満足に行えない状況である．本研究では，期待精度最大化と双対分解に基づく革新的なアルゴリズムにより，シュードノットおよび非正規塩基対からなる拡張二次構造やRNA-RNA相互作用による複合二次構造などの複雑な高次構造を考慮したRNA構造アラインメントを高速かつ高精度に計算する手法を開発することを目的とする．これにより，機能性RNAの機能・構造解析の精度や効率を向上させることができると期待される．本年度は，局所RNA構造アラインメントをマルチプルアラインメントに拡張するための定式化を行い，さらにそれに基づく実装を行った．既存手法との比較実験を行い，精度の面で優れていることを示した．昨年度に行った仮実装と比較して高速化を達成したものの，実用化に向けてはさらなる高速化が必要である．RNA-RNA相互作用予測法RactIPのアルゴリズムを改良し，より網羅的なデータセットに対する実験において高精度化を実現した．RNA-タンパク質間の塩基・残基レベルの相互作用予測法のアルゴリズムを改良し，大量の訓練データを用意できる弱ラベル付きデータを用いた機械学習を実現するための定式化を行い，プロトタイプの実装を行った．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

現在，仮実装と動作確認実験が完了した段階である．今後さらに公開へ向けての高速化と大規模実験を行わなけらばならない状況であり，追加の実装および実験を行う必要がある．

Strategy for Future Research Activity

局所RNA構造アラインメントの実現に向け精度向上の過程にあり，その結果を踏まえて次年度において論文投稿および学会発表を行う予定である．

Causes of Carryover

現在，仮実装と動作確認が完了した段階であり，今後さらに公開へ向けて高速化と大規模実験を行わなければならない状況である．

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度において論文投稿および学会発表を行う予定である．

Research Products

• [Journal Article] Prediction of gene structures from RNA-seq data using dual decomposition (2016)
  • Author(s): Inatsuki, T, Sato, K., Sakakibara, Y.
  • Journal Title: IPSJ Transactions on Bioinformatics Volume: 9 Pages: 1-6
  • DOI: 10.2197/ipsjtbio.9.1
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] SHARAKU: An algorithm for aligning and clustering read mapping profiles of deep sequencing in non-coding RNA processing (2016)
  • Author(s): Tsuchiya, M., Amano, K., Abe, M., Seki, M., Hase, S., Sato, K., Sakakibara, Y.
  • Journal Title: Bioinformatics Volume: 32 Pages: in press
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Resequencing of the common marmoset genome improves genome assemblies and gene-coding sequence analysis (2015)
  • Author(s): Sato, K., Kuroki, Y., Kumita, W., Fujiyama, A., Toyoda, A., Kawai, J., Iriki, A., Sasaki, E., Okano, H., Sakakibara, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Pages: 16894
  • DOI: 10.1038/srep16894
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Whole-genome sequencing and comparative genome analysis of Bacillus subtilis strains isolated from non-salted fermented soybean foods (2015)
  • Author(s): Kamada, M., Hase, S., Fujii, K., Miyake, M., Sato, K., Kimura, K., Sakakibara, Y.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 10 Pages: e0141369
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0141369
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 統計的検定結果に基づく高精度クラスタリングアルゴリズムの開発 (2015)
  • Author(s): 青戸良賢，八谷剛史，奥村和弘， 長谷純崇，佐藤健吾，若林雄一，榊原康文
  • Organizer: 情報処理学会第43回バイオ情報学研究会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2015-09-12 – 2015-09-12
• [Presentation] 双対分解によるマルチプルアラインメント (2015)
  • Author(s): 穴水拓郎，榊原康文，佐藤健吾
  • Organizer: 情報処理学会第43回バイオ情報学研究会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2015-09-12 – 2015-09-12
• [Presentation] A max-margin model for predicting residue-base contacts in protein-RNA interactions (2015)
  • Author(s): Sato, K., Kashiwagi, S., Sakakibara, Y.
  • Organizer: GIW/InCoB 2015
  • Place of Presentation: 科学未来館（東京都江東区）
  • Year and Date: 2015-09-09 – 2015-09-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Prediction of gene structures from RNA-seq data using dual decomposition (2015)
  • Author(s): Inatsuki, T, Sato, K., Sakakibara, Y.
  • Organizer: 情報処理学会第42回バイオ情報学研究会
  • Place of Presentation: 沖縄先端科学技術大学院大学（沖縄県恩納村）
  • Year and Date: 2015-06-02 – 2015-06-04