細胞運命決定を予測する新AIモデルを開発(New AI model predicts how cells choose their fate)

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2026-05-12 オックスフォード大学

オックスフォード大学の研究チームは、細胞が将来どの種類の細胞へ分化するかを予測できる新しいAIモデルを開発した。研究では、単一細胞レベルの遺伝子発現データを機械学習で解析し、細胞が発生や再生の過程でどのような「運命」を選択するかを高精度で予測することに成功した。従来は、細胞分化の過程を断片的にしか捉えられなかったが、新モデルは時間的変化や細胞間ネットワークを統合的に解析できる点が特徴である。これにより、幹細胞研究や再生医療、がん研究において、異常な細胞分化の理解や治療標的探索が進む可能性がある。研究チームは、このAIが細胞状態の変化を事前に予測することで、将来的には個別化医療や新薬開発にも応用できると期待している。AIと生命科学を融合した次世代バイオインフォマティクス研究として注目される成果である。

<関連情報>

RegVelo:遺伝子制御情報に基づく単一細胞の動態 RegVelo: Gene-regulatory-informed dynamics of single cells

Weixu Wang ∙ Zhiyuan Hu ∙ Philipp Weiler, ∙ … ∙ Zhengyuan Xue ∙ Tatjana Sauka-Spengler ∙ Fabian J. Theis
Cell  Published:May 11, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.04.022

Graphical abstract

細胞運命決定を予測する新AIモデルを開発(New AI model predicts how cells choose their fate)

Highlights

  • RegVelo integrates scRNA-seq with prior GRN knowledge to infer regulatory dynamics
  • Transcription is modeled as a regulated process to capture coupled gene dynamics
  • Integration with CellRank enables in silico regulatory perturbation and fate prediction
  • Modeling cranial neural crest development identifies elf1 as a regulator of pigment cell fate

Summary

Cell fate transitions are driven by regulatory circuitry, yet RNA velocity models cellular dynamics without explicitly accounting for gene regulatory interactions, limiting mechanistic insight. Conversely, gene regulatory network (GRN) inference methods largely neglect the dynamic nature of biological systems. To overcome this conceptual disconnect, we present RegVelo, a bottom-up, actionable, and interpretable deep learning framework that jointly models splicing kinetics and gene regulatory interactions. Across diverse biological systems, RegVelo provides reliable predictive power for terminal states, gene interactions, and perturbation simulations. By applying RegVelo to zebrafish neural crest development using full-length Smart-seq3 and shared gene expression and chromatin accessibility measurements, we delineate regulatory programs underlying fate specification. Guided by in silico perturbations and validated by CRISPR-Cas9 knockout and single-cell Perturb-seq, we establish tfec as an early driver and elf1 as a regulator of pigment cell fate. RegVelo establishes a quantitative framework for bridging gene regulation and cell fate decisions.

細胞遺伝子工学
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