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位置特異的スコアの算出装置、算出方法及びプログラム、GPIアンカー修飾部位の特定装置、特定方法及びプログラム、並びにGPIアンカー修飾部位の判定装置、判定方法及びプログラム

国内特許コード P140011059
整理番号 2012-P08
掲載日 2014年10月30日
出願番号 特願2012-189907
公開番号 特開2014-048797
登録番号 特許第5991524号
出願日 平成24年8月30日(2012.8.30)
公開日 平成26年3月17日(2014.3.17)
登録日 平成28年8月26日(2016.8.26)
発明者
  • 田中 大貴
  • 池田 有理
  • 佐々木 貴規
出願人
  • 学校法人明治大学
発明の名称 位置特異的スコアの算出装置、算出方法及びプログラム、GPIアンカー修飾部位の特定装置、特定方法及びプログラム、並びにGPIアンカー修飾部位の判定装置、判定方法及びプログラム
発明の概要 【課題】GPIアンカー修飾部位(ωサイト)の特定に特化した位置特異的スコアを算出する。
【解決手段】正解出現頻度算出部112は、ωサイトの残基位置を基準位置とする所定の領域内の位置に存在するアミノ酸残基の種類の出現頻度である正解出現頻度を算出する。不正解残基抽出部110は、位置特異的スコアの算出に用いるωサイト以外のアミノ酸残基を抽出する。不正解出現頻度算出部111は、不正解残基抽出部110が抽出した複数のアミノ酸残基を用いて、当該アミノ酸残基を基準位置とする所定の領域内の位置に存在するアミノ酸残基の種類の出現頻度である不正解出現頻度を算出する。位置特異的スコア算出部113は、アミノ酸残基の種類ごとに、正解出現頻度を不正解出現頻度で除算した値に基づいて位置特異的スコアを算出する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



生体内の多くのタンパク質は、糖鎖、脂質、糖脂質等により翻訳後修飾を受けており、これらの修飾がタンパク質の機能や細胞内局在に影響することが知られている。これらの翻訳後修飾の中でも、脂質と糖鎖とからなる糖脂質であるGPIアンカーによる修飾は、非常に重要な意味を有するとされている。このことは、GPIアンカーが真核生物や古細菌において広く保存されていること、GPIアンカーを欠損した酵母や原虫は生存できず、GPIアンカーを欠損したヒトは造血幹細胞に異常を生じること等からも明らかである。

GPIにより修飾を受けるタンパク質は、GPIアンカー型タンパク質と呼ばれる。GPIアンカー型タンパク質は、そのアミノ酸配列のN末端に小胞体輸送のシグナルペプチドを有するため、小胞体内に輸送された後に翻訳を完了する。その後、GPIアンカー修飾部位(ωサイト)のC末端側に存在するプロペプチドが、トランスアミダーゼにより切断及び除去され、GPIアンカー型タンパク質は小胞体内で生合成されたGPIアンカーと結合する。GPIアンカーと結合したGPIアンカー型タンパク質は、ゴルジ体を経て細胞膜表面に輸送され、GPIアンカーにより細胞膜に繋ぎ止められる。





GPIアンカー型タンパク質としては、CD14、CD16b等の受容体、5’-ヌクレオチダーゼ、アルカリフォスファターゼ等の酵素等の生体反応に極めて重要なタンパク質が多く発見されている。また、狂牛病関連のプリオンタンパク質や、癌関連のヒト癌胎児性抗原(CEA)等、重篤な疾患に関わるタンパク質も見出されている。しかしながら、現在までに真核生物で知られているGPIアンカー型タンパク質は100種類程度であり、未だ発見されていないGPIアンカー型タンパク質が多く存在すると考えられている。そこで、近年では、コンピュータを用いたバイオインフォマティクス手法により、アミノ酸配列からGPIアンカー型タンパク質を新たに見つける試みがなされている。





例えば、特許文献1には、ωサイトを含むアミノ酸残基の部分配列について誤差逆伝播型ニューラルネットワークを使用してGPIアンカー型タンパク質を判別する発明が開示されている。特許文献1によれば、平均側鎖サイズが最小となるアミノ酸残基のC末端側に隣接するアミノ酸残基をωサイトと推定している。

しかしながら、平均側鎖サイズが最小となるアミノ酸残基のC末端側に隣接するアミノ酸残基の多くは、ωサイトであることが分かっているが、当該アミノ酸残基は、必ずしもωサイトであるとは限らない。





また現在、既知のGPIアンカー型タンパク質においても、ωサイトの位置が未知のものが存在する。これらのGPIアンカー型タンパク質のωサイトの位置を正確に予測することで、GPIアンカー型タンパク質についての詳しい情報を明らかにすることができる。

そのため、近年、ωサイトの位置を特定する手法が研究されている(例えば、非特許文献1-5を参照)。

産業上の利用分野



本発明は、GPI(glycosylphosphatidylinositol)アンカー型タンパク質のGPIアンカー修飾部位を基準位置としてN末端側及びC末端側に連続する所定の残基数の所定の領域の各残基位置におけるアミノ酸残基の種類の出現度合いを示す位置特異的スコアの算出装置、算出方法及びプログラムに関する。また、本発明は、検査対象タンパク質からGPIアンカー修飾部位の位置を特定するGPIアンカー修飾部位特定装置、特定方法及びプログラムに関する。また、本発明は、検査対象タンパク質の検査対象残基がGPIアンカー修飾部位であるか否かを判定するGPIアンカー修飾部位判定装置、判定方法及びプログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
GPIアンカー型タンパク質のGPIアンカー修飾部位を基準位置としてN末端側及びC末端側に連続する所定の残基数の所定の領域の各残基位置におけるアミノ酸残基の種類の出現度合いを示す位置特異的スコアの算出装置であって、
複数のGPIアンカー型タンパク質のアミノ酸配列情報を取得する配列取得部と、
前記配列取得部が取得したアミノ酸配列情報のGPIアンカー修飾部位の残基位置を基準位置とする前記所定の領域内の位置に存在するアミノ酸残基の種類の出現頻度である正解出現頻度を算出する正解出現頻度算出部と、
前記配列取得部が取得したアミノ酸配列情報から、位置特異的スコアの算出に用いるGPIアンカー修飾部位以外のアミノ酸残基を抽出する不正解残基抽出部と、
前記不正解残基抽出部が抽出した複数のアミノ酸残基を用いて、当該アミノ酸残基を基準位置とする前記所定の領域内の位置に存在するアミノ酸残基の種類の出現頻度である不正解出現頻度を算出する不正解出現頻度算出部と、
アミノ酸残基の種類ごとに、前記正解出現頻度を前記不正解出現頻度で除算した値に基づいて位置特異的スコアを算出する位置特異的スコア算出部と
を備えることを特徴とする位置特異的スコアの算出装置。

【請求項2】
アミノ酸残基の疎水性値の平均化に用いる残基数である疎水性特性抽出必要数を用いて、連続する当該疎水性特性抽出必要数分のアミノ酸残基の各疎水性指標値の平均である平均疎水性値を、前記配列取得部が取得したアミノ酸配列情報が示すアミノ酸残基のそれぞれに対して1残基ずつずらしながら算出する平均疎水性値算出部と、
前記配列取得部が取得したアミノ酸配列情報のC末端側の高疎水性領域におけるアミノ酸残基のうち、前記平均疎水性値が最も高いアミノ酸残基の残基位置である第1の残基位置を特定する第1の残基位置特定部と、
前記配列取得部が取得したアミノ酸配列情報のアミノ酸残基であって前記平均疎水性値が負数のアミノ酸残基のうち、最もC末端側に存在するアミノ酸残基の残基位置である第2の残基位置を特定する第2の残基位置特定部と、
前記配列取得部が取得したアミノ酸配列情報のアミノ酸残基であって前記平均疎水性値が前記第2の残基位置の平均疎水性値より低くかつ当該平均疎水性値がそれぞれ隣接するアミノ酸残基の平均疎水性値より低いアミノ酸残基のうち、最もC末端側に存在するアミノ酸残基の残基位置である第3の残基位置を特定する第3の残基位置特定部と、
前記第1の残基位置、前記第2の残基位置、及び前記第3の残基位置の平均値である平均残基位置を算出する平均残基位置算出部と、
を備え、
前記不正解残基抽出部は、前記平均残基位置算出部が算出した平均残基位置の近傍の所定の候補範囲内にあるアミノ酸残基を抽出する
ことを特徴とする請求項1に記載の位置特異的スコアの算出装置。

【請求項3】
前記候補範囲は、前記平均残基位置算出部が算出した平均残基位置とGPIアンカー修飾部位の残基位置との差の最小値から最大値までの範囲である
ことを特徴とする請求項2に記載の位置特異的スコアの算出装置。

【請求項4】
前記不正解残基抽出部は、残基位置が所定残基数以上C末端から離れているアミノ酸残基を抽出する
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の位置特異的スコアの算出装置。

【請求項5】
前記所定残基数は、複数の既知のGPIアンカー型タンパク質のC末端からGPIアンカー修飾部位までの残基数の最小値である
ことを特徴とする請求項4に記載の位置特異的スコアの算出装置。

【請求項6】
前記不正解残基抽出部は、前記配列取得部が取得したアミノ酸配列情報のアミノ酸残基のうち、アラニン、システイン、アスパラギン酸、グリシン、アスパラギン、及びセリンを抽出する
ことを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の位置特異的スコアの算出装置。

【請求項7】
GPIアンカー型タンパク質のGPIアンカー修飾部位を基準位置としてN末端側及びC末端側に連続する所定の残基数の所定の領域の各残基位置におけるアミノ酸残基の種類の出現度合いを示す位置特異的スコアの算出装置を用いた位置特異的スコアの算出方法であって、
前記算出装置の配列取得部は、複数のGPIアンカー型タンパク質のアミノ酸配列情報を取得し、
前記算出装置の正解出現頻度算出部は、前記配列取得部が取得したアミノ酸配列情報のGPIアンカー修飾部位の残基位置を基準位置とする前記所定の領域内の位置に存在するアミノ酸残基の種類の出現頻度である正解出現頻度を算出し、
前記算出装置の不正解残基抽出部は、前記配列取得部が取得したアミノ酸配列情報から、位置特異的スコアの算出に用いるGPIアンカー修飾部位以外のアミノ酸残基を抽出し、
前記算出装置の不正解出現頻度算出部は、前記不正解残基抽出部が抽出した複数のアミノ酸残基を用いて、当該アミノ酸残基を基準位置とする前記所定の領域内の位置に存在するアミノ酸残基の種類の出現頻度である不正解出現頻度を算出し、
前記算出装置の位置特異的スコア算出部は、アミノ酸残基の種類ごとに、前記正解出現頻度を前記不正解出現頻度で除算した値に基づいて位置特異的スコアを算出する
ことを特徴とする位置特異的スコアの算出方法。

【請求項8】
コンピュータを、
複数のGPIアンカー型タンパク質のアミノ酸配列情報を取得する配列取得部、
前記配列取得部が取得したアミノ酸配列情報のGPIアンカー修飾部位の残基位置を基準位置とする所定の領域内の位置に存在するアミノ酸残基の種類の出現頻度である正解出現頻度を算出する正解出現頻度算出部、
前記配列取得部が取得したアミノ酸配列情報から、位置特異的スコアの算出に用いるGPIアンカー修飾部位以外のアミノ酸残基を抽出する不正解残基抽出部、
前記不正解残基抽出部が抽出したアミノ酸残基を基準位置とする前記所定の領域内の位置に存在するアミノ酸残基の種類の出現頻度である不正解出現頻度を算出する不正解出現頻度算出部、
アミノ酸残基の種類ごとに、前記正解出現頻度を前記不正解出現頻度で除算した値に基づいて位置特異的スコアを算出する位置特異的スコア算出部
として機能させるためのプログラム。

【請求項9】
検査対象タンパク質におけるGPIアンカー修飾部位の位置を特定するGPIアンカー修飾部位の特定装置であって、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の算出装置が算出した位置特異的スコアに基づいて、前記検査対象タンパク質のアミノ酸残基のそれぞれについて、当該アミノ酸残基を基準位置とした前記所定の領域におけるアミノ酸残基の部分配列の各アミノ酸残基の位置特異的スコアを特定し、当該各アミノ酸残基の位置特異的スコアを示す数値列であるスコア数値列を生成するスコア数値列生成部と、
前記スコア数値列に基づいてGPIアンカー修飾部位を特定するGPIアンカー修飾部位特定部と
を備えることを特徴とするGPIアンカー修飾部位の特定装置。

【請求項10】
前記スコア数値列生成部が生成したスコア数値列を入力し、GPIアンカー型タンパク質らしさを示す0以上1以下の期待値を出力する分類部であって、既知のGPIアンカー型タンパク質のGPIアンカー修飾部位を基準位置とした部分配列のスコア数値列を入力とした場合に、期待値として1を出力し、既知のGPIアンカー型タンパク質のGPIアンカー修飾部位でない残基位置を基準位置とした部分配列のスコア数値列を入力とした場合に、期待値として0を出力するように学習された分類部
を備え、
前記GPIアンカー修飾部位特定部は、前記分類部が出力した期待値に基づいてGPIアンカー修飾部位を特定する
ことを特徴とする請求項9に記載のGPIアンカー修飾部位の特定装置。

【請求項11】
前記GPIアンカー修飾部位特定部は、前記分類部が出力した期待値が最も高いアミノ酸残基がGPIアンカー修飾部位であると特定する
ことを特徴とする請求項10に記載のGPIアンカー修飾部位の特定装置。

【請求項12】
検査対象タンパク質におけるGPIアンカー修飾部位の位置を特定するGPIアンカー修飾部位の特定装置を用いたGPIアンカー修飾部位の特定方法であって、
前記特定装置のスコア数値列生成部は、請求項1から請求項6の何れか1項に記載の算出装置が算出した位置特異的スコアに基づいて、前記検査対象タンパク質のアミノ酸残基のそれぞれについて、当該アミノ酸残基を基準位置とした前記所定の領域におけるアミノ酸残基の部分配列の各アミノ酸残基の位置特異的スコアを特定し、当該各アミノ酸残基の位置特異的スコアを示す数値列であるスコア数値列を生成し、
前記特定装置のGPIアンカー修飾部位特定部は、前記スコア数値列に基づいてGPIアンカー修飾部位を特定する
ことを特徴とするGPIアンカー修飾部位の特定方法。

【請求項13】
コンピュータを、
査対象タンパク質のアミノ酸配列情報を取得する配列取得部、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の算出装置が算出した位置特異的スコアに基づいて、前記検査対象タンパク質のアミノ酸残基のそれぞれについて、当該アミノ酸残基を基準位置とした前記所定の領域におけるアミノ酸残基の部分配列の各アミノ酸残基の位置特異的スコアを特定し、当該各アミノ酸残基の位置特異的スコアを示す数値列であるスコア数値列を生成するスコア数値列生成部、
前記スコア数値列に基づいてGPIアンカー修飾部位を特定するGPIアンカー修飾部位特定部
として機能させるためのプログラム。

【請求項14】
検査対象タンパク質を構成するアミノ酸残基である検査対象残基がGPIアンカー修飾部位であるか否かを判定するGPIアンカー修飾部位の判定装置であって、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の算出装置が算出した位置特異的スコアに基づいて、前記検査対象タンパク質のアミノ酸配列情報のうち、前記検査対象残基を基準位置とした前記所定の領域におけるアミノ酸残基の部分配列の各アミノ酸残基の位置特異的スコアを特定し、当該各アミノ酸残基の位置特異的スコアを示す数値列であるスコア数値列を生成するスコア数値列生成部と、
前記スコア数値列に基づいて前記検査対象残基がGPIアンカー修飾部位であるか否かを判定するGPIアンカー修飾部位判定部と
を備えることを特徴とするGPIアンカー修飾部位の判定装置。

【請求項15】
前記スコア数値列生成部が生成したスコア数値列を入力し、GPIアンカー型タンパク質らしさを示す0以上1以下の期待値を出力する分類部であって、既知のGPIアンカー型タンパク質のGPIアンカー修飾部位を基準位置とした部分配列のスコア数値列を入力とした場合に、期待値として1を出力し、既知のGPIアンカー型タンパク質のGPIアンカー修飾部位でない残基位置を基準位置とした部分配列のスコア数値列を入力とした場合に、期待値として0を出力するように学習された分類部
を備え、
前記GPIアンカー修飾部位判定部は、前記分類部が出力した期待値に基づいて前記検査対象残基がGPIアンカー修飾部位であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項14に記載のGPIアンカー修飾部位の判定装置

【請求項16】
前記GPIアンカー修飾部位判定部は、前記分類部が出力した期待値が0.5以上である場合に、前記検査対象残基がGPIアンカー修飾部位であると判定する
ことを特徴とする請求項15に記載のGPIアンカー修飾部位の判定装置

【請求項17】
検査対象タンパク質を構成するアミノ酸残基である検査対象残基がGPIアンカー修飾部位であるか否かを判定するGPIアンカー修飾部位の判定装置を用いたGPIアンカー修飾部位判定方法であって、
前記判定装置のスコア数値列生成部は、請求項1から請求項6の何れか1項に記載の算出装置が算出した位置特異的スコアに基づいて、前記検査対象タンパク質のアミノ酸配列のうち、前記検査対象残基を基準位置とした前記所定の領域におけるアミノ酸残基の部分配列の各アミノ酸残基の位置特異的スコアを特定して当該各アミノ酸残基の位置特異的スコアを示す数値列であるスコア数値列を生成し、
前記判定装置のGPIアンカー修飾部位判定部は、前記スコア数値列に基づいて前記検査対象残基がGPIアンカー修飾部位であるか否かを判定する
ことを特徴とするGPIアンカー修飾部位の判定方法。

【請求項18】
コンピュータを、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の算出装置が算出した位置特異的スコアに基づいて、検査対象タンパク質のアミノ酸配列のうち、検査対象残基を基準位置とした前記所定の領域におけるアミノ酸残基の部分配列の各アミノ酸残基の位置特異的スコアを特定し、当該各アミノ酸残基の位置特異的スコアを示す数値列であるスコア数値列を生成するスコア数値列生成部、
前記スコア数値列に基づいて前記検査対象残基がGPIアンカー修飾部位であるか否かを判定するGPIアンカー修飾部位判定部
として機能させるためのプログラム。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 登録
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