タンパク質間相互作⽤を利⽤した⼈⼯知能による新しい薬剤遺伝⼦-疾患相互作⽤の同定

HT-101 / PO-148
at IIBMP2025
2025/9/3
https://www.jsbi.org/iibmp2025/

Transcript

1. IIBMP2025 1 タンパク質間相互作用を利用した人工知能による新しい薬剤 遺伝子- 疾患相互作用の同定 “Novel artificial intelligence-based identification of drug-gene- disease interaction using protein-protein interaction” 中央大学　理工学部　物理学科　田口善弘 このスライドはこちらから→
2. IIBMP2025 2
3. IIBMP2025 3 手法論的な目的：ネットワークの統合解析 ネットワークA ネットワークB ？ テンソル分解で
4. IIBMP2025 4 生物（医学）的な目的： ドラッグリポジショニング（DR ） →タンパクータンパク相互作用（PPI ）のデー タの解析だけからドラッグリポジショニング出 来るという発見
5. IIBMP2025 5 こういうことを考える動機： 遺伝子⇔疾患 化合物⇔遺伝子 のそれぞれは可能でも 化合物⇔遺伝子⇔疾患 になると「二重の選択」になり両立が難しい。 • 疾患原因遺伝子は見つかったけど遺伝子を標的とする薬がない。 • 薬をドラッグリポジショニングしようとしたけど、標的遺伝子に関係 する疾患がない みたいになりがち。データ駆動でいきなり 化合物⇔遺伝子⇔疾患 ができないか？そのためには疾患／化合物を決めずに遺伝子選択から 入ればいいのでは？でもどうやって？ →PPI →PPI ＋テンソル分解 ＋テンソル分解
6. IIBMP2025 6 具体的な方法論： nii’k ∈R RN×N×K i: タンパク質（総数N 個） K: k 番目のPPI nii’k :k 番目のPPI におけるi 番目のタンパク質とi’ 番目のタンパ ク質の相互作用 →テンソル分解 n ii ' k =∑ l 1 l 2 l 3 G ( l 1 l 2 l 3 ) u l 1 i u l 2 i ' u l 3 k タンパク（遺伝子選択）→DR
7. IIBMP2025 7 K=2 の場合のPPI 行列のテンソル化のイメージ
8. IIBMP2025 8 uli がガウス分布であると仮 定してP 値を付与、多重比 較補正しても閾値（例えば 0.01 ）以下のタンパク質 （遺伝子）を選択 タンパク質（遺伝子）選択
9. IIBMP2025 9 選ばれた遺伝子をエン リッチメント解析して ・生物学的に妥当か？ ・選択遺伝子の発現量 を変化させることが知 られてる化合物でDR
10. IIBMP2025 10 使用データ： BioGRID ：R R24875×24875 DIP ：R R4901×4901 遺伝子選択に使用する特異値ベクトル BioGRID ：u2i DIP ：u2i ,u3i （DIP でu2i とu3i なのはエンリッチした病気が一緒なので） 選択遺伝子は BioGRID ：u2i 195 タンパク質→217 遺伝子 DIP ：u2i 196 タンパク質→193 遺伝子 DIP ：u3i 59 タンパク質→57 遺伝子 24875,4901 は遺伝子の数
11. IIBMP2025 11 エンリッチメント解析（疾患）の結果（次頁から） BioGRID ：u2i DIP ：u2i ,u3i で選ばれた３つの遺伝子セットすべてでCancer/ Tumor が有意に高かった （時間の関係上Jensen Diseases の場合のみ紹介）
12. IIBMP2025 12 BioGRID for u2i
13. IIBMP2025 13 DIP for u2i
14. IIBMP2025 14 DIP for u3i
15. IIBMP2025 15 DR の結果（次頁から） 複数のデータベースで選択遺伝子の発現を有意に変化させ る化合物が見つかった（→創薬候補） 時間の関係上、ここで見せるのは BioGRID ：u2i の場合のみ
16. IIBMP2025 16 BioGRID for u2i
17. IIBMP2025 17 BioGRID for u2i
18. IIBMP2025 18 BioGRID for u2i
19. IIBMP2025 19 BioGRID for u2i
20. IIBMP2025 20 BioGRID for u2i
21. IIBMP2025 21 なぜ、PPI の情報だけでガンのDR ができるのか？PPI に疾 患の情報など入っていないはず→PPI 大きい遺伝子を選択 u2i u3i
22. IIBMP2025 22 PPI が多い遺伝子を選べばいいならテンソル分解不要？ →No. 他のuli (BioGRID for u3i ,DIP for u6i ) をみればがん以外の疾患 を考慮できる
23. IIBMP2025 23 BioGRID for u3i
24. IIBMP2025 24 DIP for u6i
25. IIBMP2025 25 BioGRID for u3i
26. IIBMP2025 26 DIP for u6i
27. IIBMP2025 27 u3i u6i PPI 大きい遺伝子は選択できている
28. IIBMP2025 28 まとめ • PPI だけでDR が可能 • PPI が多い遺伝子をえらぶだけではがん以外をDR できない。 • ヒトとマウスのPPI をテンソルで統合解析したときだけがん 以外の多様な疾患のDR が可能。