Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

А.С.Школиков, ФББ МГУ

Курс «Нейронные сети и их применение в научных исследованиях»

Трехмерная организация хроматина

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

https://www.mdpi.com/2073-4425/13/8/1383

Контактные карты Hi-C

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Задача работы

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Разбиение на выборки

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

голубое - обучение, оранжевое - валидация, салатовое - тест

Модель

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Результат обработки автоэнкодером

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Скрытое представление карт

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Для элементов карт можно получить скрытые представления. Их можно просто прибавлять к представлениям карт, добавляя на них соответствующие структуры

Результаты обучения

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Результаты обучения

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Результаты обучения

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Результаты обучения

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Методы интерпретации

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Интегрированные Эволюционный поиск

градиенты

1 - случайные последовательности

2 - вставка в геномный фрагмент

3 - предсказание

4 - сравнение скрытых представлений с целевым

5 - отбор и размножение 6 - рекомбинация и мутации

7 и 8 - дальнейшие итерации

9-получение мотива по выравниванию

​

Найденные мотивы

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Найденные мотивы

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Результаты для D. discoideum

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

Предсказание по случайной последовательности со вставками генов: влияет их направление

Заключение

Применение нейронных сетей для исследования трехмерной структуры хроматина

• Модель показывает высокие метрики предсказаний, превосходящие большинство предыдущих работ.
• Интерпретация предсказаний дала информацию как о известных в литературе мотивах, так и о новых. Эти находки могут лучше понять механизмы укладки хроматина у различных организмов.
• Кроме мотивов с помощью модели можно анализировать и другие закономерности, такие как положение генов.