一、学術的背景と研究動機 生命科学およびバイオインフォマティクスの急速な発展に伴い、RNA分子構造とその機能に関する研究はホットな分野となっている。RNAは単なる遺伝情報の伝達者に留まらず、調節・触媒など数多くの生理過程で重要な役割を果たしている。RNA分子の三次元構造はその生物学的機能に直接影響し、RNA構造の精密な解析は基礎科学、創薬、疾患メカニズム研究などにとって極めて重要である。しかし、RNAの配列から構造への変換はタンパク質よりもはるかに複雑であり、RNAの骨格には7つの主鎖ねじれ角（α, β, γ, δ, ε, ζ, χ）があり、さらに複雑な擬似ねじれ角（η, θ）や非標準塩基対、多重ループ、三重相互作用など多様な構造要因が加わることで、高精度なRNA三次元構造予測が非常に困難と...

学術的背景と研究課題 微生物は地球上で最も広く存在する生命体の一つであり、海洋や土壌、そして人間そのものとも密接に関わっています。人体には約350兆個の微生物細胞（microbial cells）が存在しており、健康や病気の発症・進展と密接な関係を持っています。近年、シーケンシング技術とバイオインフォマティクスの急速な発展により、人体の微生物叢（microbiome）構成やその機能が健康に与える影響を明らかにする研究が数多くなされています。例えば、腸内細菌叢の構成変化は免疫系や疾患発症に影響を与え、肝臓の代謝も腸内微生物の調節を受け、エネルギー消費の低下や脂肪蓄積の促進などを介して代謝疾患の進展に寄与することが証明されています。 実験バイオ医学は微生物―疾患（microbe-disease）...

非コードRNA（ncRNA）は、細胞プロセスや疾患の発症において重要な役割を果たしています。ゲノムシーケンシングプロジェクトによって大量の非コード遺伝子が明らかになりましたが、ncRNAの機能と分類は依然として複雑で挑戦的な問題です。ncRNAの多様性、複雑性、および機能性は、バイオマーカーや治療ターゲットの発見において、特に生物医学研究の重要な対象となっています。しかし、既存のncRNA分類ツールの多くは、単一または2種類のデータタイプ（例えば配列や二次構造）に依存しており、他の重要な情報源を無視しています。さらに、既存の手法は解釈可能性に欠けることが多く、異なるncRNAクラスの特徴を明らかにするのが困難です。 これらの問題を解決するため、Université Paris-Saclayと...

学術的背景 DNAシーケンスアラインメントは、ゲノム解析における中心的な課題であり、短いDNA断片（リード）を参照ゲノム上の最も可能性の高い位置にマッピングすることを目的としています。従来の方法は通常、2つのステップに分かれています。まずゲノムをインデックス化し、次に効率的な検索を行ってリードの可能性のある位置を特定します。しかし、ゲノムデータの爆発的な増加、特に数十億塩基対の参照ゲノムを扱う場合、従来のアラインメント方法は計算効率と精度の面で大きな課題に直面しています。近年、Transformerモデルが自然言語処理（NLP）分野で成功を収めたことから、研究者はこれをDNAシーケンス解析に応用しようとしています。これまでの研究では、Transformerモデルが短いDNAシーケンスの分類タ...

学術的背景 低温電子顕微鏡（Cryo-EM）は、タンパク質などの巨大分子の構造を解析するための重要な実験技術です。しかし、Cryo-EMの有効性は、低コントラストや構造の異質性などの実験条件によって引き起こされるノイズや密度値の欠損によってしばしば制限されます。既存のグローバルおよびローカルな画像シャープニング技術はCryo-EM密度マップの改善に広く使用されていますが、より正確なタンパク質構造を構築するためにその品質を効率的に向上させることには依然として課題があります。この問題を解決するために、研究者はCryoTenという3D UNETR++スタイルのTransformerモデルを開発し、Cryo-EM密度マップの品質を効果的に向上させることを目指しています。 論文の出典 この論文は、Jo...

プロテオミクス研究において、質量分析（Mass Spectrometry, MS）はタンパク質の豊度や構造変化を分析するために広く使用されています。しかし、タンパク質の定量分析には重要な課題があります。多くのタンパク質が同じペプチド（shared peptides）を共有しているため、これらのペプチドが複数のタンパク質配列に現れることがあります。従来の方法は通常、ユニークペプチド（unique peptides）のみに依存してタンパク質を定量しており、共有ペプチドの情報を無視しているため、定量結果に偏りや不正確さが生じる可能性があります。特に、タンパク質アイソフォーム（protein isoforms）や翻訳後修飾（post-translational modifications, PTMs...

背景紹介 タンパク質の翻訳後修飾（Post-Translational Modifications, PTMs）は、遺伝子転写、DNA修復、タンパク質相互作用などの細胞活動を調節する重要なメカニズムです。その中でも、システイン（Cysteine）は希少なアミノ酸であり、そのチオール基（Thiol Group）を介して多様なPTMsに関与し、特に酸化還元平衡やシグナル伝達プロセスにおいて重要な役割を果たしています。S-スルフヒドル化（S-Sulfhydration）は重要なPTMの一つであり、心血管疾患や神経疾患の発症と進行に密接に関連しています。しかし、S-スルフヒドル化の具体的なメカニズムは未解明であり、特にその部位の識別において大きな課題が残されています。 従来のS-スルフヒドル化部位の...

単一細胞トランスクリプトームシーケンシング（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技術の登場により、細胞の発生と分化過程における遺伝子発現のダイナミクスをこれまでにない解像度で研究することが可能になりました。しかし、生物学的プロセスの複雑さから、異なる条件下での細胞発生軌跡はしばしば非対称であり、データの統合と比較に課題をもたらしています。既存の方法は通常、異なる条件下のサンプルを統合してからクラスタリング分析を行ったり、共有される軌跡を推測したりすることを前提としていますが、これらの方法は非対称な軌跡を扱う際に効果的ではなく、重要な差異発現遺伝子（differentially expressed genes, DEGs）を見逃す可能性があります。 この...

背景紹介 近年、環状RNA（circRNA）は新たな非コードRNA分子として、疾患の発生、進行、治療において重要な役割を果たしています。circRNAは独特の環状構造を持ち、ヌクレアーゼによる分解を受けにくいため、潜在的なバイオマーカーや治療標的として注目されています。しかし、実験的手法を用いてcircRNAと疾患の関連を研究するには時間とコストがかかり、関連研究の進展を妨げています。この問題を解決するため、研究者たちはバイオインフォマティクス手法を用いてcircRNAと疾患の関連を予測する計算モデルの開発に取り組んでおり、実験研究の指針を提供しています。 多視点学習手法はcircRNAと疾患の関連予測に広く用いられていますが、既存の手法は異なる視点間の潜在的な情報を十分に活用できておらず、...

学術的背景 COVID-19のパンデミックは、世界中の公衆衛生システムに大きな影響を与えました。現在では状況が落ち着きつつありますが、その複雑な免疫病理学的メカニズム、長期にわたる後遺症（「長いCOVID」など）、そして将来発生する可能性のある類似の脅威に対する研究が依然として進められています。特に重症のCOVID-19患者は、「サイトカインストーム」、急性呼吸窮迫症候群（ARDS）、多臓器不全などの深刻な症状を伴うことが多く、より正確な予測モデルとバイオマーカーが臨床判断をサポートするために必要とされています。 従来の機械学習（ML）や深層学習（DL）モデルは、ハイスループットオミクスデータの分析において優れた性能を発揮しますが、生物学的に解釈可能な結果を提供することが難しく、翻訳後修飾な...