III: Small: Computational Methods for Multi-dimensional Data Integration to Improve Phenotype Prediction

III:小:多维数据集成的计算方法以改进表型预测

基本信息

项目摘要

Multi-omics is the integration and analysis of multiple types of biological data, including genomics, transcriptomics, proteomics, and epigenomics. By combining these diverse omics data, researchers can gain a comprehensive understanding of biological systems at various molecular levels. However, the integration of data from different omics platforms is challenging due to the varying characteristics and quality of the generated data. Another obstacle is deciphering the complex interactions and regulatory networks across different omics layers, along with understanding their temporal dynamics. Additionally, the interpretability of multi-omics models and the translation of their findings into actionable biological insights remain ongoing challenges for successful phenotype prediction using multi-omics approaches. To tackle these research challenges, this project aims to develop a machine learning-based, multi-dimensional, multi-omics data integration system. This system will extract more accurate molecular signatures for biological interpretation and phenotype prediction. The project's outcomes will reduce barriers in analyzing high-dimensional omics profiles and minimize the time and costs typically associated with biological and biomedical research. Furthermore, the project's dissemination and engagement activities will entice minority students to pursue careers in computer science and bioinformatics.This project focuses on integrating omics data from three dimensions: (1) integrating molecular features generated from RNA-seq data, (2) integrating multi-omics data from different high-throughput sequencing technologies with their regulatory interaction networks, and (3) integrating omics and time-lapse imaging data. The primary objective of this project is to develop comprehensive computational methodologies for addressing critical challenges in molecular signature identification and interpretation using multi-omics platforms. To achieve this goal, the project defines three research thrusts: (1) Transcript variants integration, where a biological pathway-encoded transformer will be developed to integrate transcript variants and mRNA expression from RNA-seq samples to identify biological signatures associated with phenotypes. (2) Multi-omics data integration, involving the development of a generative adversarial network model to predict biological interactions between different biological layers in the multi-omics data and impute missing values in the omics profiles. (3) Imaging and omics integration, which aims to develop a deep learning-based framework to integrate multi-omics profiles and time-lapse microscopy imaging data to enhance phenotype prediction. The integrative machine learning models developed in this project can be applied to various computer science applications for integrating high-dimensional and heterogeneous data sources for sample classification. Additionally, in biological research, this work will facilitate data analytics on large-scale multi-omics profiles and imaging data, leading to improved knowledge interpretation and phenotype prediction compared to current biological measures.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
多词是对多种类型的生物学数据的整合和分析,包括基因组学,转录组学,蛋白质组学和表观基因组学。通过结合这些多样化的OMIC数据,研究人员可以在各种分子水平上对生物系统有全面的了解。但是,由于生成的数据的特征和质量的不同,来自不同OMIC平台的数据集成变得具有挑战性。另一个障碍是解释不同OMIC层之间的复杂相互作用和调节网络,并了解它们的时间动态。此外,多摩斯模型的解释性及其发现转化为可行的生物学见解仍然是使用多摩学方法成功的表型预测的持续挑战。为了应对这些研究挑战,该项目旨在开发基于机器学习的多维,多摩变数据集成系统。该系统将提取更准确的分子特征,以进行生物学解释和表型预测。该项目的结果将减少分析高维度概况的障碍,并最大程度地减少与生物学和生物医学研究相关的时间和成本。此外,该项目的传播和参与活动将诱使少数群体从事计算机科学和生物信息学领域的职业。本项目的重点是从三个维度整合OMICS数据:(1)将RNA-SEQ数据产生的分子特征集成到RNA-SEQ数据中,(2)将其集成到不同的高度序列效果的数据中,并将其集成到不同的网络中,并将其集成到不同的网络中,并将其整合到不同的网络中,并将其集成到不同的网络中,并将其整合到不同的网络中,并将其整合到不同的网络中,并将其整合到不同的网络中,并将其整合到不同的网络中,并将其集成到不同的网络中。成像数据。该项目的主要目的是开发全面的计算方法,以解决使用多摩西平台的分子签名识别和解释中的关键挑战。为了实现这一目标,该项目定义了三个研究推力:(1)转录本变体集成,其中将开发出生物途径编码的变压器以整合转录物变体和从RNA-Seq样品中的mRNA表达,以识别与表型相关的生物学特征。 (2)涉及生成对抗网络模型的开发,以预测多摩管数据中不同生物学层之间的生物学相互作用,并在OMICS概况中估算缺失值。 (3)成像和OMICS集成,该集成旨在开发一个基于深度学习的框架,以整合多摩管轮廓和延时显微镜成像数据以增强表型预测。该项目中开发的集成机器学习模型可以应用于各种计算机科学应用程序,以集成用于样本分类的高维和异质数据源。此外,在生物学研究中,这项工作将促进有关大规模多派系概况和成像数据的数据分析,与当前的生物学措施相比,可改善知识解释和表型预测。这项奖项反映了NSF的法定任务,并通过评估该基金会的知识分子优点和广泛的影响来评估NSF的法定任务,并被认为是值得的。

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)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Wei Zhang其他文献

Connectivity of Wireless CSMA Multi-Hop Networks
无线 CSMA 多跳网络的连接
Parameter optimization of open-loop control of a circular cylinder by simplified reinforcement learning
基于简化强化学习的圆柱体开环控制参数优化
  • DOI:
    10.1063/5.0068454
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Pengyu Lai;Rui Wang;Wei Zhang;Hui Xu
  • 通讯作者:
    Hui Xu
Input-to-state stability of impulsive inertial memristive neural networks with time-varying delayed
时变延迟脉冲惯性忆阻神经网络的输入状态稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.jfranklin.2018.10.008
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Wei Zhang;Jiangtao Qi;Xing He
  • 通讯作者:
    Xing He
Improving g-C3N4 photocatalysis for NOx removal by Ag nanoparticles decoration
通过Ag纳米粒子修饰改善g-C3N4光催化去除NOx
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2015.07.071
  • 发表时间:
    2015-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Yanjuan Sun;Ting Xiong;Zilin Ni;Jie Liu;Fan Dong;Wei Zhang;Wing-Kei Ho
  • 通讯作者:
    Wing-Kei Ho
Note on the absorption laws in the algebra of truth values of type-2 fuzzy sets
关于2型模糊集真值代数吸收律的注记
  • DOI:
    10.1016/j.fss.2017.05.006
  • 发表时间:
    2018-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Wei Zhang;Xue-ping Wang
  • 通讯作者:
    Xue-ping Wang

Wei Zhang的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Wei Zhang', 18)}}的其他基金

REU Site: Computer Systems Research
REU 网站:计算机系统研究
  • 批准号:
    2349076
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Topics in automorphic Forms and Algebraic Cycles
自守形式和代数循环主题
  • 批准号:
    2401548
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CyberCorps Scholarship for Service: Cybersecurity Talent Development in Kentucky
Cyber​​Corps 服务奖学金:肯塔基州的网络安全人才发展
  • 批准号:
    2145929
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: REU Site: The Great Lakes Wind Energy Challenges (REU-GLWind)
合作研究:REU 站点:五大湖风能挑战 (REU-GLWind)
  • 批准号:
    2150000
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Tailoring Terahertz Emission in Ultrafast Multi-Functional Devices using Reduced-Dimensional Hybrid Metal Perovskites
使用降维混合金属钙钛矿定制超快多功能设备中的太赫兹发射
  • 批准号:
    2245058
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Quantum Spintronic Device Building Blocks with Magnetically Ordered Materials
职业:采用磁有序材料的量子自旋电子器件构建块
  • 批准号:
    2246254
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Scholarships, Community, and High-impact Practices to Improve Undergraduate Student Success in Computer Science and Engineering
奖学金、社区和高影响力实践可提高本科生在计算机科学与工程方面的成功
  • 批准号:
    2030427
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Mechanically Entwined Double Helical Covalent Polymers
机械缠绕双螺旋共价聚合物
  • 批准号:
    2108197
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Standard Grant
REU Site: Undergraduate Research Experiences in Computer Systems at University of Louisville
REU 网站:路易斯维尔大学计算机系统本科生研究经验
  • 批准号:
    2050925
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Flow Physics of Transient Rooftop Vortices at High Reynolds Numbers and Bio-Inspired Flow Control Strategies to Mitigate Wind Hazards
职业:高雷诺数瞬态屋顶涡流的流动物理学和减轻风害的仿生流动控制策略
  • 批准号:
    1944776
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

基于QM/MM的计算机辅助药物设计方法对去泛素化酶(DUBs)共价小分子抑制剂的设计与研究
  • 批准号:
    82304385
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于加权隐私保护计算的非小细胞肺癌辅助诊断方法研究
  • 批准号:
    62301006
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于小增益理论的物联网聚合计算鲁棒稳定性分析
  • 批准号:
    62303112
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
靶向异柠檬酸裂解酶(ICL1)的抗结核小分子共价抑制机理的理论计算研究
  • 批准号:
    22303075
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于计算流体动力学的太阳系复杂形状小天体正高系统建模研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Computational Development of Novel Dyslipidemia Therapeutic Candidates to Disrupt ApoC-III Conformation
破坏 ApoC-III 构象的新型血脂异常治疗候选物的计算开发
  • 批准号:
    10760187
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
Modulation of cancer induced immune suppression via inhibition of SCD1
通过抑制 SCD1 调节癌症诱导的免疫抑制
  • 批准号:
    10896572
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
Modulation of cancer induced immune suppression via inhibition of SCD1
通过抑制 SCD1 调节癌症诱导的免疫抑制
  • 批准号:
    10546697
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
III: Small: RareXplain: A Computational Framework for Explainable Rare Category Analysis
III:小:RareXplain:可解释稀有类别分析的计算框架
  • 批准号:
    2117902
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Standard Grant
The development and application of tools to characterize the level and function of RNA polymerase III transcription dynamics during cellular differentiation
表征细胞分化过程中 RNA 聚合酶 III 转录动力学水平和功能的工具的开发和应用
  • 批准号:
    10505936
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了