Creation of data-driven direct reprogramming by AI and avoidance of tumorigenic risk

通过人工智能创建数据驱动的直接重编程并避免致瘤风险

基本信息

批准号：
21K18327
负责人：
山西芳裕
金额：
$ 16.56万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

iPS細胞を介さずに目的の臓器の細胞に直接変換するダイレクトリプログラミングが革新的な再生医療技術として注目されている。しかしながら、ダイレクトリプログラミングを誘導する因子セット（転写因子や低分子化合物など）を同定するのは極めて困難である。そこで本研究では、ダイレクトリプログラミングを誘導する転写因子や低分子化合物を予測する情報技術を構築する。転写因子や低分子化合物に関する多階層オミックスデータや分子パスウェイデータを整備した。これらの様々なデータから、ダイレクトリプログラミングを誘導する低分子化合物を予測する機械学習の手法を開発した。通常の細胞の直接変換は、ウイルスを用いて必要な遺伝子を元細胞に導入するため、ウイルスに起因する発がんリスクなどの問題がある。そこで遺伝子導入の代わりに低分子化合物の添加による細胞変換を誘導する技術が切望されているが、実験的に低分子化合物を同定するのは時間や実験コストの面から極めて困難である。そこで、細胞の直接変換を誘導する低分子化合物を予測する最適化アルゴリズムを開発した。まず、細胞が変換する分子メカニズムに着目し、変換過程で重要な生物学的パスウェイを明らかにした。次いで、その生物学的パスウェイを制御する低分子化合物の最適な組み合わせを探索することによって、細胞の直接変換を誘導する低分子化合物の新たな組み合わせを予測する手法を確立した。開発手法を用いて、皮膚線維芽細胞から神経細胞や心筋細胞への直接変換を誘導する低分子化合物の組み合わせを予測し、その有用性を示した。この成果は、Bioinformatics誌に投稿し、採択され、出版された。国内学会で口頭発表を1件、国際学会で口頭発表を1件行った。

目录编程直接转换为没有IPS细胞的所需器官的细胞，它吸引了作为创新的再生医学技术的关注。但是，很难识别指导目录编程的因子集（例如转录因子或低分子化合物）。因此，在这项研究中，我们将建立信息技术，以预测指导目录编程的转录因子和低分子化合物。多层次结构omix数据和与转移因子和低分子化合物有关的分子通道数据已维持。从这些各种数据中，我们开发了一种机器学习方法，该方法可以预测指导目录编程的低分子化合物。正常细胞的直接转化是病毒引起的癌症风险，因为必要的基因使用病毒用于原始细胞。因此，已久已期待通过添加低分子化合物而不是遗传引入来诱导细胞转化的技术，但是在时间和实验成本方面，很难识别低分子化合物实验性实验非常困难。因此，我们开发了一种优化算法，该算法预测了诱导细胞直接转化的低分子化合物。首先，侧重于细胞转化的分子机制，并在转化过程中揭示了重要的生物学途径。接下来，通过探索控制生物途径的低分子化合物的最佳组合，这是一种预测低分子化合物的新组合的方法，这些方法可以建立诱导细胞直接转化的低分子化合物。使用开发方法，可以预测低分子化合物从皮肤成纤维细胞和心肌细胞的直接转化，表明其有用性。结果已在生物信息学杂志上发布，采用和发布。在国内社会上进行了一次口头表达，并在国际社会上进行了一份口头介绍。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

トランスクリプトームデータを用いたダイレクトリプログラミングを誘導する低分子化合物の組み合わせ予測

使用转录组数据预测诱导直接重编程的小分子组合

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
濱野桃子、中村透、岩田通夫、江口凌平;山西芳裕
通讯作者：
山西芳裕

Small compound-based direct cell conversion with combinatorial optimization of pathway regulations

基于小型化合物的直接细胞转化与途径调控的组合优化

DOI：
10.1093/bioinformatics/btac475
发表时间：
2022
期刊：
Bioinformatics
影响因子：
5.8
作者：
Nakamura Toru;Iwata Michio;Hamano Momoko;Eguchi Ryohei;Takeshita Jun-ichi;Yamanishi Yoshihiro
通讯作者：
Yamanishi Yoshihiro

ダイレクトリプログラミングを誘導する低分子化合物組み合わせの予in silico予測

诱导直接重编程的低分子化合物组合的初步计算机预测