候補となるシス調節エレメントからの遺伝子発現予測のためのスケーラブルな計算フレームワーク

科学分野:

• ゲノミクス
• 計算生物学
• 分子生物学

背景:

• 動的なCREの存在により、遺伝子発現におけるシス調節エレメント（CRE）の機能の理解は重要ですが困難です。
• CREからの遺伝子発現の予測は、分子生物学における重要な未解決の問題のままです。

研究 の 目的:

• 候補CRE（cCRE）からの遺伝子発現を予測するためのスケーラブルな計算フレームワーク（ScPGE）を開発すること。
• 活性エンハンサー遺伝子相互作用を特定する精度を向上させ、調節メカニズムを理解すること。

主な方法:

• ScPGEは、DNA配列、転写因子（TF）結合スコア、およびcCREからのエピゲノムデータを3Dテンソルに統合します。
• cCRE遺伝子関係を分析するために、畳み込みニューラルネットワークとトランスフォーマーを組み合わせたハイブリッドモデルを採用しています。
• アテンションメカニズムは、主要なエンハンサー遺伝子相互作用を特定するために利用されます。

主要な成果:

• ScPGEは、遺伝子発現予測およびエンハンサー遺伝子相互作用の特定において、既存の最先端モデルを上回る性能を示しました。
• cCREの調節効果は、標的遺伝子からの距離とともに減少することが分析により明らかになりました。
• クロマチンループの組み込みは、遠位cCRE遺伝子相互作用を捉えるScPGEの能力を強化しました。
• ScPGEは、重要なTFモチーフを特定し、cCREの異なる調節的役割を解明しました。

結論:

• ScPGEは、CRE遺伝子調節関係を解読するための強力でスケーラブルなフレームワークを提供します。
• 距離依存効果に関するモデルの発見とクロマチンループの有用性は、遺伝子調節に関する新しい洞察を提供します。
• ScPGEは、調節エレメントの発見とそれらの機能メカニズムの理解を支援します。