JP2004086862A - タンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】タンパク質の構造データから求めた疎水相互作用および静電相互作用に基づいてタンパク質単体時の不安定性の高い部位を特定し相互作用部位を特定すること等のできる装置等を提供することを課題とする。
【解決手段】タンパク質相互作用情報処理装置１００は、タンパク質相互作用情報処理装置１００の全体を統括的に制御するＣＰＵ等の制御部１０２、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置に接続される通信制御インターフェース部１０４、入力装置１１２や出力装置１１４に接続される入出力制御インターフェース部１０８、および、各種のデータベースやテーブルなどを格納する記憶部１０６を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。
【選択図】 図２
【解決手段】タンパク質相互作用情報処理装置１００は、タンパク質相互作用情報処理装置１００の全体を統括的に制御するＣＰＵ等の制御部１０２、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置に接続される通信制御インターフェース部１０４、入力装置１１２や出力装置１１４に接続される入出力制御インターフェース部１０８、および、各種のデータベースやテーブルなどを格納する記憶部１０６を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体に関し、特に、タンパク質の構造データから求めた疎水相互作用および静電相互作用に基づいてタンパク質単体時の不安定性の高い部位を特定し相互作用部位を特定すること等のできるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タンパク質が働くため、すなわちタンパク質が一定の機能を表すためには他のタンパク質や基質等となんらかの相互作用をすることが必要である。したがって、タンパク質の相互作用部位を決定することは、創薬等の分野においては極めて重要な研究テーマであり、従来より、バイオインフォマティクス分野などにおいて、タンパク質の一次配列情報（アミノ酸配列情報）に対してモチーフ検索を実行するなどの手法によりタンパク質の相互作用部位を解析する技術が開発されている。すなわち、既知の相互作用部位に特異的に存在するアミノ酸配列を探索することにより、タンパク質の相互作用部位を予測している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモチーフ検索などによる相互作用部位の解析手法は、既知の相互作用部位については解析することができるが、未知の相互作用部位については解析することができないというシステム構造上の基本的問題点を有していた。
【０００４】
すなわち、従来の相互作用部位の解析手法は、予め判明している相互作用部位に特異的な一次配列をモチーフデータベースなどに登録し、その情報を用いて相互作用部位の予測を行うものであるため、今までに発見されていない相互作用部位については、その解析をすることができなかった。従って、今まで発見されていない未知の相互作用部位をバイオインフォマティクス技術を用いてコンピュータ上で予測する際には、まったく別の手法を用いる必要があるが、有効な手法は未だ確立していない。
【０００５】
一方、タンパク質の相互作用は二つの安定な全体構造をもつタンパク質同士が作用することにより、さらに安定化する過程であるといえる。タンパク質が相互作用する際の構造の変化について更に説明すると、タンパク質ＡとＢとが相互作用する際には、タンパク質Ａの一部分の構造とタンパク質Ｂの一部分の構造に変化が起こり結合する。
【０００６】
変化が起こる一部分の構造として考えられる部位について考察すると、まず、局所的に見ても、かつ全体的に見ても安定な局所構造は、それ以上安定化する必要性がない。一方、全体的に見れば安定であるが局所的に見ると不安定である部分は、他のタンパク質等と結合することによりその部分が安定化し、さらに結合することにより全体もさらに安定化するという状況が考えられる。すなわち、局所的に不安定な構造領域は、タンパク質相互作用部位である可能性が比較的高いと考えることができる。このように局所的に不安定な部位を一次配列から予測することにより、相互作用部位の候補を挙げることができるようになる可能性がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、タンパク質の構造データから求めた疎水相互作用および静電相互作用に基づいてタンパク質単体時の不安定性の高い部位を特定し相互作用部位を特定すること等のできる、タンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、請求項１に記載のタンパク質相互作用情報処理装置は、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得手段と、上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定手段と、上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定手段と、上記疎水面特定手段にて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定手段にて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この装置によれば、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定し、特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、構造データによりタンパク質の相互作用部位を容易に特定することができるようになる。
【００１０】
また、請求項２に記載のタンパク質相互作用情報処理装置は、請求項１に記載のタンパク質相互作用情報処理装置において、上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定手段をさらに備え、上記相互作用部位特定手段は、上記溶媒接触面特定手段にて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定手段にて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定手段にて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする。
【００１１】
この装置によれば、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定し、特定された溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、複合体時の構造データがある場合に、タンパク質の相互作用部位をさらに正確かつ容易に特定することができるようになる。
【００１２】
また、請求項３に記載のタンパク質相互作用情報処理装置は、請求項１または２に記載のタンパク質相互作用情報処理装置において、上記相互作用部位特定手段にて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索手段をさらに備え、上記候補タンパク質検索手段にて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする。
【００１３】
この装置によれば、相互作用部位特定手段にて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索し、検索された候補タンパク質について、上述した構造データ取得手段、溶媒接触面特定手段（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定手段、静電相互作用部位特定手段、および、相互作用部位特定手段を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認するので、未知の相互作用を予測することが容易にできるようになる。
【００１４】
また、本発明はタンパク質相互作用情報処理方法に関するものであり、請求項４に記載のタンパク質相互作用情報処理方法は、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得ステップと、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定ステップと、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定ステップと、上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定ステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
この方法によれば、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定し、特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、構造データによりタンパク質の相互作用部位を容易に特定することができるようになる。
【００１６】
また、請求項５に記載のタンパク質相互作用情報処理方法は、請求項４に記載のタンパク質相互作用情報処理方法において、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定ステップをさらに含み、上記相互作用部位特定ステップは、上記溶媒接触面特定ステップにて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする。
【００１７】
この方法によれば、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定し、特定された溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、複合体時の構造データがある場合に、タンパク質の相互作用部位をさらに正確かつ容易に特定することができるようになる。
【００１８】
また、請求項６に記載のタンパク質相互作用情報処理方法は、請求項４または５に記載のタンパク質相互作用情報処理方法において、上記相互作用部位特定ステップにて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索ステップをさらに含み、上記候補タンパク質検索ステップにて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、相互作用部位特定ステップにて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索し、検索された候補タンパク質について、上述した構造データ取得ステップ、溶媒接触面特定ステップ（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定ステップ、静電相互作用部位特定ステップ、および、相互作用部位特定ステップを実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認するので、未知の相互作用を予測することが容易にできるようになる。
【００２０】
また、本発明はプログラムに関するものであり、請求項７に記載のプログラムは、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得ステップと、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定ステップと、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定ステップと、上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定ステップとを含むタンパク質相互作用情報処理方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２１】
このプログラムによれば、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定し、特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、構造データによりタンパク質の相互作用部位を容易に特定することができるようになる。
【００２２】
また、請求項８に記載のプログラムは、請求項７に記載のプログラムにおいて、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定ステップをさらに含み、上記相互作用部位特定ステップは、上記溶媒接触面特定ステップにて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする。
【００２３】
このプログラムによれば、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定し、特定された溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、複合体時の構造データがある場合に、タンパク質の相互作用部位をさらに正確かつ容易に特定することができるようになる。
【００２４】
また、請求項９に記載のプログラムは、請求項７または８に記載のプログラムにおいて、上記相互作用部位特定ステップにて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索ステップをさらに含み、上記候補タンパク質検索ステップにて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする。
【００２５】
このプログラムによれば、相互作用部位特定ステップにて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索し、検索された候補タンパク質について、上述した構造データ取得ステップ、溶媒接触面特定ステップ（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定ステップ、静電相互作用部位特定ステップ、および、相互作用部位特定ステップを実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認するので、未知の相互作用を予測することが容易にできるようになる。
【００２６】
また、本発明は記録媒体に関するものであり、請求項１０に記載の記録媒体は、上記請求項７から９のいずれか一つに記載されたプログラムを記録したことを特徴とする。
【００２７】
この記録媒体によれば、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み取らせて実行することによって、請求項７から９のいずれか一つに記載されたプログラムをコンピュータを利用して実現することができ、これら各プログラムと同様の効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２９】
［本発明の概要］
以下、本発明の概要について説明し、その後、本発明の構成および処理等について詳細に説明する。図１は本発明の基本原理を示す原理構成図である。
本発明は、概略的に、以下の基本的特徴を有する。
【００３０】
本発明は、溶媒接触面の疎水性相互作用に基づき不安定性の高い部位を特定する。すなわち、本発明は、まず、相互作用する複数のタンパク質の単体時の溶媒接触面積（溶媒分子が接することのできる分子表面の面積であり「溶媒露出表面積」ともいう）と複合体形成時の溶媒接触面積とを別々に計算し、その差を取ることにより相互作用部分の溶媒接触面を求める。つまり、単体時の溶媒接触面積と複合体形成時の溶媒接触面積との差が大きい部位は、複合体を形成すると溶媒に接触する面積が少なくなることを示すため、このような部位は相互作用部位である可能性が高いということができるので、差が大きいアミノ酸残基部位を相互作用部位の溶媒接触面として特定する。なお、複合体時の構造データがない場合本処理は行わない。
【００３１】
そして、本発明はタンパク質の溶媒接触面について疎水性相互作用エネルギーを求めることにより、タンパク質の一次構造を構成するアミノ酸残基中で溶媒面でありかつ疎水面である部位を特定する。このような部位は、単体時においては不安定性が高く、複合体形成時においては疎水面が覆い隠されることにより安定化すると考えられるため、相互作用部位となる可能性が高い部位であるといえる。
【００３２】
また、本発明は、タンパク質中において静電相互作用エネルギーの高い部位を特定することにより不安定性の高い部位を特定する。すなわち、本発明は、分子軌道法などにより求められた原子電荷（部分電荷）に基づいて静電相互作用エネルギーの高い部位を計算する。このような部位は単体時においては不安定性が高く、複合体形成時においてはエネルギー的に安定化すると考えられるため、相互作用部位となる可能性が高い部位であるといえる。ここで、原子電荷は分子軌道法などによる各種の計算手法により求めてもよいし、分子力学法や分子動力学法等において各種のパラメータ値として与えられた原子電荷の値などを流用してもよい。
【００３３】
そして、本発明は、溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い部位を特定することにより相互作用部位を特定する。
【００３４】
［システム構成］
まず、本システムの構成について説明する。図２は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すブロック図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。本システムは、概略的に、タンパク質相互作用情報処理装置１００と、配列情報等に関する外部データベースやホモロジー検索等の外部プログラム等を提供する外部システム２００とを、ネットワーク３００を介して通信可能に接続して構成されている。
【００３５】
図２においてネットワーク３００は、タンパク質相互作用情報処理装置１００と外部システム２００とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネット等である。
【００３６】
図２において外部システム２００は、ネットワーク３００を介して、タンパク質相互作用情報処理装置１００と相互に接続され、利用者に対してＤＮＡ等の配列情報やタンパク質等の構造情報等に関する外部データベースやホモロジー検索やモチーフ検索等の外部プログラムを実行するウェブサイトを提供する機能を有する。
【００３７】
ここで、外部システム２００は、ＷＥＢサーバやＡＳＰサーバ等として構成してもよく、そのハードウェア構成は、一般に市販されるワークステーション、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成してもよい。また、外部システム２００の各機能は、外部システム２００のハードウェア構成中のＣＰＵ、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。
【００３８】
図２においてタンパク質相互作用情報処理装置１００は、概略的に、タンパク質相互作用情報処理装置１００の全体を統括的に制御するＣＰＵ等の制御部１０２、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置（図示せず）に接続される通信制御インターフェース部１０４、入力装置１１２や出力装置１１４に接続される入出力制御インターフェース部１０８、および、各種のデータベースやテーブルなどを格納する記憶部１０６を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。さらに、このタンパク質相互作用情報処理装置１００は、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワーク３００に通信可能に接続されている。
【００３９】
記憶部１０６に格納される各種のデータベースやテーブル（タンパク質構造データベース１０６ａおよび処理結果データ１０６ｂ）は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムやテーブルやファイルやデータベースやウェブページ用ファイル等を格納する。
【００４０】
これら記憶部１０６の各構成要素のうち、タンパク質構造データベース１０６ａは、タンパク質のアミノ酸配列情報（一次構造データ）や立体構造データ（構成原子の３次元座標データ等）や各種のアノテーション情報を格納したデータベースである。タンパク質構造データベース１０６ａは、インターネットを経由してアクセスする外部のデータベースであってもよく、また、これらのデータベースをコピーしたり、オリジナルの配列情報を格納したり、さらに独自のアノテーション情報等を付加したりして作成したインハウスデータベースであってもよい。
【００４１】
また、処理結果データ１０６ｂは、処理結果データに関する情報等を格納する処理結果データ格納手段である。
【００４２】
また、図２において、通信制御インターフェース部１０４は、タンパク質相互作用情報処理装置１００とネットワーク３００（またはルータ等の通信装置）との間における通信制御を行う。すなわち、通信制御インターフェース部１０４は、他の端末と通信回線を介してデータを通信する機能を有する。
【００４３】
また、図２において、入出力制御インターフェース部１０８は、入力装置１１２や出力装置１１４の制御を行う。ここで、出力装置１１４としては、モニタ（家庭用テレビを含む）の他、スピーカを用いることができる（なお、以下においては出力装置１１４をモニタとして記載する場合がある）。また、入力装置１１２としては、キーボード、マウス、および、マイク等を用いることができる。また、モニタも、マウスと協働してポインティングデバイス機能を実現する。
【００４４】
また、図２において、制御部１０２は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、および所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部１０２は、機能概念的に、構造データ取得部１０２ａ、溶媒接触面特定部１０２ｂ、疎水面特定部１０２ｃ、静電相互作用部位特定部１０２ｄ、相互作用部位特定部１０２ｅ、および、相互作用予測部１０２ｆを備えて構成されている。
【００４５】
このうち、構造データ取得部１０２ａは、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得手段である。また、溶媒接触面特定部１０２ｂは、構造データ取得手段にて取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定手段である。
【００４６】
また、疎水面特定部１０２ｃは、構造データ取得手段にて取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定手段である。また、静電相互作用部位特定部１０２ｄは、構造データ取得手段にて取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定手段である。
【００４７】
また、相互作用部位特定部１０２ｅは、溶媒接触面特定手段にて特定された溶媒接触面、疎水面特定手段にて特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用部位特定手段にて特定された静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定手段である。
【００４８】
また、相互作用予測部１０２ｆは、相互作用部位特定手段にて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索部１０２ｇを備え、候補タンパク質検索手段にて検索された候補タンパク質について、構造データ取得手段、溶媒接触面特定手段、疎水面特定手段、静電相互作用部位特定手段、および、相互作用部位特定手段を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認する手段である。なお、これら各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。
【００４９】
［システムの処理］
次に、このように構成された本実施の形態における本システムの処理の一例について、以下に図３〜図１２を参照して詳細に説明する。
【００５０】
［メイン処理］
まず、メイン処理の詳細について図３を参照して説明する。図３は、本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートである。
【００５１】
タンパク質相互作用情報処理装置１００は、構造データ取得部１０２ａの処理により、タンパク質構造データベース１０６ａまたは外部システム２００の外部データベース（例えば、ＰＤＢ（Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｄａｔａ Ｂａｎｋ）など）にアクセスして、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する（ステップＳＡ−１）。ここで、取得する構造データは、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造データの双方を含む場合と、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データのみの場合を含む。
【００５２】
ついで、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、複合体時の構造データがある場合には溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、図４を用いて後述するように、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造データの双方に従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する（ステップＳＡ−２）。ここで、溶媒接触面特定処理の詳細について図４を参照して説明する。図４は、本実施形態における本システムの溶媒接触面特定処理の一例を示すフローチャートである。
【００５３】
まず、溶媒接触面特定部１０２ｂは、各残基について、単体時の溶媒接触面積Ｓｉｓｏｌａｔｅｄを計算する（ステップＳＢ−１）。ここで、本発明において溶媒接触面積を求める手法については既知のいずれの手法を用いてもよく、例えば、文献１（“Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ． Ｉ． Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｒｒｏｔｓ”Ａ． Ａ． Ｂｌｉｚｎｙｕｋ ａｎｄ Ｊ．Ｅ． Ｇｒｅａｄｙ， Ｊ．Ｃｏｍｐｕｔ． Ｃｈｅｍ．，１７，９６２−９６９（１９９６）．）や、文献２（“Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ．ＩＩ． Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆＥｒｒｏｔｓ”Ａ． Ａ．Ｂｌｉｚｎｙｕｋ ａｎｄ Ｊ．Ｅ．Ｇｒｅａｄｙ，Ｊ．Ｃｏｍｐｕｔ． Ｃｈｅｍ．，１７，９７０−９７５（１９９６）．）に開示された手法を用いてもよい。
【００５４】
ついで、溶媒接触面特定部１０２ｂは、各残基について、複合体形成時の溶媒接触面積Ｓｃｏｍｐｌｅｘを計算する（ステップＳＢ−２）。
【００５５】
ついで、溶媒接触面特定部１０２ｂは、各残基について、単体時の溶媒接触面積Ｓｉｓｏｌａｔｅｄと、複合体形成時の溶媒接触面積Ｓｃｏｍｐｌｅｘの差分を計算する（ステップＳＢ−３）。これにて、溶媒接触面特定処理が終了する。
【００５６】
再び図３に戻り、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、疎水面特定部１０２ｃの処理により、図５を用いて後述するように、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造データの双方に従って、タンパク質の一次構造を構成する各アミノ酸残基および原子毎の疎水性パラメータなどに基づいて、各残基および原子毎に疎水性相互作用エネルギーを計算し疎水面を特定する（ステップＳＡ−３）。例えば、アミノ酸残基がＬｙｓの場合は、ε位の窒素Ｎとそれに結合している水素Ｈは親水的とし、β、γ、δ位の炭素Ｃとそれに結合している水素Ｈは疎水的とする。
【００５７】
ここで、疎水面特定処理の詳細について図５を参照して説明する。図５は、本実施形態における本システムの疎水面特定処理の一例を示すフローチャートである。本例では、タンパク質Ａとタンパク質Ｂとが相互作用する場合を一例に説明する。
【００５８】
まず、疎水面特定部１０２ｃは、数式１により疎水面の減少量を計算する（ステップＳＣ−１）。
ΔＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ＝ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＡ ＋ ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＢ − ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＡＢ ・・・数式１
【００５９】
ここで、ΔＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃは疎水面の減少量であり、ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＡはタンパク質Ａ単体時の疎水面の面積であり、ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＢはタンパク質Ｂ単体時の疎水面の面積であり、ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＡＢはタンパク質Ａとタンパク質Ｂが複合体を形成した時の疎水面の面積である。
【００６０】
そして、疎水面特定部１０２ｃは、数式２により疎水性相互作用エネルギーＥｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃを計算する。
Ｅｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ＝ｋ×ΔＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ・・・数式２
ここで、ｋ＝２４ｃａｌ／ｍｏｌ・Å２である
（参考”Ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｗａｔａｒ ”，Ｔ．Ｍ．Ｒａｓｃｈｋｅ，Ｊ Ｔｓａｉ ａｎｄ Ｍ．Ｌｅｖｉｔｔ， ＰＮＡＳ， ９８， ５９６５−５９６９ （２００１））。
【００６１】
そして、疎水面特定部１０２ｃは、予め定めた閾値を超える疎水性相互作用エネルギーであるアミノ酸残基部位を疎水面として特定する（ステップＳＣ−３）。これにて、疎水面特定処理が終了する。
【００６２】
再び図３に戻り、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、静電相互作用部位特定部１０２ｄの処理により、図６を用いて後述するように、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造データの双方に従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する（ステップＳＡ−４）。ここで、静電相互作用部位特定処理の詳細について図６を参照して説明する。図６は、本実施形態における本システムの静電相互作用部位特定処理の一例を示すフローチャートである。
【００６３】
まず、静電相互作用部位特定部１０２ｄは、数式３により各残基について静電相互作用エネルギーＥｎを計算する（ステップＳＤ−１）。
【数１】
【００６４】
ここで、εは分子内部における誘電率であり、ｑは部分電荷であり、ｉとｊは原子を示す添え字であり、Ｒは原子ｉと原子ｊの間の距離である。Ｅｎは静電相互作用であり、分子内部の極性部位およびイオン化して荷電している部位間の相互作用を原子核上に部分電荷を置くことで近似している。これにて、静電相互作用部位特定処理が終了する。
【００６５】
再び図３に戻り、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、相互作用部位特定部１０２ｅの処理により、図７を用いて後述するように、溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する（ステップＳＡ−５）。ここで、相互作用部位特定処理の詳細について図７を参照して説明する。図７は、本実施形態における本システムの相互作用部位特定処理の一例を示すフローチャートである。
【００６６】
まず、相互作用部位特定部１０２ｅは、溶媒接触面積の差ΔＳが予め定めた閾値を超える部位を特定する（ステップＳＥ−１）。
【００６７】
次に、相互作用部位特定部１０２ｅは、疎水性相互作用エネルギーＥｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃが予め定めた閾値を超える部位を特定する（ステップＳＥ−２）。
【００６８】
次に、相互作用部位特定部１０２ｅは、静電相互作用エネルギーＥｎが予め定めた閾値を超える部位を特定する（ステップＳＥ−３）。これにて、相互作用部位特定処理が終了する。これにて、メイン処理が終了する。
【００６９】
［相互作用部位予測処理］
次に、相互作用部位予測処理の詳細について図８を参照して説明する。図８は、本実施形態における本システムの相互作用部位予測処理の一例を示すフローチャートである。
【００７０】
まず、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、上述したメイン処理により相互作用部位を特定する（ステップＳＦ−１）。
【００７１】
ついで、相互作用予測部１０２ｆは、候補タンパク質検索部１０２ｇの処理により、ステップＳＦ−１で特定した相互作用部位と相互作用する相手側の一次配列（同一タンパク質内の配列を含む）を特定し（ステップＳＦ−２）、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する（ステップＳＦ−３）。
【００７２】
ついで、相互作用予測部１０２ｆは、候補タンパク質について、上述した構造データ取得処理、溶媒接触面特定処理（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定処理、静電相互作用部位特定処理、および、相互作用部位特定処理を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認する（ステップＳＦ−４）。これにて、相互作用部位予測処理が終了する。
【００７３】
［実施例１］
次に、実施例１の詳細について図９〜図１４を参照して説明する。実施例１は、タンパク質として「ｂａｒｎａｓｅ」と「ｂａｒｓｔａｒ」とを用いて相互作用部位を特定する場合を一例に説明する。
【００７４】
図９は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、ｂａｒｎａｓｅ−ｂａｒｓｔａｒ複合体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。本図に示すように、ｂａｒｎａｓｅの一次構造のうち、３８番目、５９番目、８３番目、および、１０２番目のアミノ酸残基の差ΔＳが大きく、ｂａｒｎａｓｅはこの部位でｂａｒｓｔａｒと相互作用していることが特定できる。
【００７５】
また、図１０は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｂａｒｎａｓｅ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、８２番目のアミノ酸残基の疎水相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００７６】
また、図１１は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｂａｒｎａｓｅ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、５９番目、６６番目、８３番目、および、１０２番目のアミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００７７】
また、図１２は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、ｂａｒｎａｓｅ−ｂａｒｓｔａｒ複合体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。本図に示すように、ｂａｒｓｔａｒの一次構造のうち、３０番目、３６番目、４０番目、４５番目、４７番目、および、７７番目のアミノ酸残基の差ΔＳが大きく、ｂａｒｓｔａｒはこの部位でｂａｒｎａｓｅと相互作用していることが特定できる。
【００７８】
また、図１３は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｂａｒｓｔａｒ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、３０番目のアミノ酸残基の疎水相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００７９】
また、図１４は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｂａｒｓｔａｒ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、３５番目、３９番目、５８番目、６５番目、７７番目、および、８０番目のアミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００８０】
タンパク質相互作用情報処理装置１００は、相互作用作用部位特定部１０２ｅの処理により、図１０、図１１に示す結果に基づいて、ｂａｒｎａｓｅについては５９番目、６６番目、８２番目、８３番目、および、１０２番目アミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図９に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。また、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、相互作用作用部位特定部１０２ｅの処理により、図１３、図１４に示す結果に基づいて、ｂａｒｓｔａｒについては３０番目、３５番目、３９番目、５８番目、６５番目、７７番目、および、８０番目のアミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図１２に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、同様に、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。これにて、実施例１が終了する。
【００８１】
［実施例２］
次に、実施例２の詳細について図１５〜図２０を参照して説明する。実施例２は、タンパク質としてＲｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅとそのＩｎｈｉｂｉｔｏｒとを用いて相互作用部位を特定する場合を一例に説明する。
【００８２】
図１５は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ−ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ複合体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。本図に示すように、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅの一次構造のうち、３９番目のアミノ酸残基の差ΔＳが大きく、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅはこの部位でｉｎｈｉｂｉｔｏｒと相互作用していることが特定できる。
【００８３】
また、図１６は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ単体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、疎水性相互作用エネルギーに関しては際立ったピークは判別できない。
【００８４】
また、図１７は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ単体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、１番目、７番目、および、３９番目のアミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００８５】
また、図１８は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ−ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ複合体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。本図に示すように、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒの一次構造のうち、４３３番目のアミノ酸残基の差ΔＳが大きく、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒはこの部位でＲｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅと相互作用していることが特定できる。
【００８６】
また、図１９は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ単体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、４３３番目のアミノ酸残基の疎水相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００８７】
また、図２０は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ単体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、４３３番目付近のアミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００８８】
タンパク質相互作用情報処理装置１００は、相互作用作用部位特定部１０２ｅの処理により、図１６、図１７に示す結果に基づいて、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについては１番目、７番目、および、３９番目アミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図１５に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。また、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、相互作用作用部位特定部１０２ｅの処理により、図１９、図２０に示す結果に基づいて、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについては４３３番目のアミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図１８に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、同様に、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。これにて、実施例２が終了する。
【００８９】
［他の実施の形態］
さて、これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態以外にも、上記特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。
【００９０】
本実施例においては、相互作用するタンパク質の単体時および複合体時の構造データを用いて溶媒接触面を特定した結果と、単体時の構造データを用いて疎水性相互作用および静電相互作用を求めた結果との間に相関があることを示している。しかしながら、単体時の構造データのみを用いて疎水性相互作用および静電相互作用を求めた場合であっても本発明の効果を得ることができることは自明である。
【００９１】
また、例えば、タンパク質相互作用情報処理装置１００がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、タンパク質相互作用情報処理装置１００とは別筐体で構成されるクライアント端末からの要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該クライアント端末に返却するように構成してもよい。
【００９２】
また、実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。
【００９３】
この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種の登録データや検索条件等のパラメータを含む情報、画面例、データベース構成については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【００９４】
また、タンパク質相互作用情報処理装置１００に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。
例えば、タンパク質相互作用情報処理装置１００の各部または各装置が備える処理機能、特に制御部１０２にて行なわれる各処理機能については、その全部または任意の一部を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）および当該ＣＰＵにて解釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現することも可能である。なお、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じてタンパク質相互作用情報処理装置１００に機械的に読み取られる。
【００９５】
すなわち、ＲＯＭまたはＨＤなどの記憶部１０６などには、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と協働してＣＰＵに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、ＲＡＭ等にロードされることによって実行され、ＣＰＵと協働して制御部１０２を構成する。また、このコンピュータプログラムは、タンパク質相互作用情報処理装置１００に対して任意のネットワーク３００を介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記録されてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。
【００９６】
また、本発明にかかるプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等の任意の「可搬用の物理媒体」や、各種コンピュータシステムに内蔵されるＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤ等の任意の「固定用の物理媒体」、あるいは、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線や搬送波のように、短期にプログラムを保持する「通信媒体」を含むものとする。
【００９７】
また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールやライブラリとして分散構成されるものや、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。
【００９８】
記憶部１０６に格納される各種のデータベース等（タンパク質構造データベース１０６ａおよび処理結果データ１０６ｂ）は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラムやテーブルやファイルやデータベースやウェブページ用ファイル等を格納する。
【００９９】
また、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理端末等の情報処理装置にプリンタやモニタやイメージスキャナ等の周辺装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア（プログラム、データ等を含む）を実装することにより実現してもよい。
【０１００】
さらに、タンパク質相互作用情報処理装置１００の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、各データベースを独立したデータベース装置として独立に構成してもよく、また、処理の一部をＣＧＩ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｇａｔｅｗａｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を用いて実現してもよい。
【０１０１】
また、ネットワーク３００は、タンパク質相互作用情報処理装置１００と外部システム２００とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネットや、イントラネットや、ＬＡＮ（有線／無線の双方を含む）や、ＶＡＮや、パソコン通信網や、公衆電話網（アナログ／デジタルの双方を含む）や、専用回線網（アナログ／デジタルの双方を含む）や、ＣＡＴＶ網や、ＩＭＴ２０００方式、ＧＳＭ方式またはＰＤＣ／ＰＤＣ―Ｐ方式等の携帯回線交換網／携帯パケット交換網や、無線呼出網や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の局所無線網や、ＰＨＳ網や、ＣＳ、ＢＳまたはＩＳＤＢ等の衛星通信網等のうちいずれかを含んでもよい。すなわち、本システムは、有線・無線を問わず任意のネットワークを介して、各種データを送受信することができる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定し、特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、構造データによりタンパク質の相互作用部位を容易に特定することができるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。
【０１０３】
また、本発明によれば、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定し、特定された溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、複合体時の構造データがある場合に、タンパク質の相互作用部位をさらに正確かつ容易に特定することができるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。
【０１０４】
さらに、本発明によれば、相互作用部位特定手段にて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索し、検索された候補タンパク質について、上述した構造データ取得手段、溶媒接触面特定手段（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定手段、静電相互作用部位特定手段、および、相互作用部位特定手段を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認するので、未知の相互作用を予測することが容易にできるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本原理を示す原理構成図である。
【図２】本発明が適用される本システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態における本システムの溶媒接触面特定処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態における本システムの疎水面特定処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態における本システムの静電相互作用部位特定処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態における本システムの相互作用部位特定処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態における本システムの相互作用部位予測処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、ｂａｒｎａｓｅ−ｂａｒｓｔａｒ複合体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。
【図１０】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｂａｒｎａｓｅ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１１】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｂａｒｎａｓｅ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１２】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、ｂａｒｎａｓｅ−ｂａｒｓｔａｒ複合体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。
【図１３】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｂａｒｓｔａｒ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１４】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｂａｒｓｔａｒ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１５】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ−ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ複合体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。
【図１６】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ単体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１７】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ単体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１８】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ−ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ複合体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。
【図１９】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ単体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図２０】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ単体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【符号の説明】
１００ タンパク質相互作用情報処理装置
１０２ 制御部
１０２ａ 構造データ取得部
１０２ｂ 溶媒接触面特定部
１０２ｃ 疎水面特定部
１０２ｄ 静電相互作用部位特定部
１０２ｅ 相互作用部位特定部
１０２ｆ 相互作用予測部
１０２ｇ 候補タンパク質検索部
１０４ 通信制御インターフェース部
１０６ 記憶部
１０６ａ タンパク質構造データベース
１０６ｂ 処理結果データ
１０８ 入出力制御インターフェース部
１１２ 入力装置
１１４ 出力装置
２００ 外部システム
３００ ネットワーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体に関し、特に、タンパク質の構造データから求めた疎水相互作用および静電相互作用に基づいてタンパク質単体時の不安定性の高い部位を特定し相互作用部位を特定すること等のできるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タンパク質が働くため、すなわちタンパク質が一定の機能を表すためには他のタンパク質や基質等となんらかの相互作用をすることが必要である。したがって、タンパク質の相互作用部位を決定することは、創薬等の分野においては極めて重要な研究テーマであり、従来より、バイオインフォマティクス分野などにおいて、タンパク質の一次配列情報（アミノ酸配列情報）に対してモチーフ検索を実行するなどの手法によりタンパク質の相互作用部位を解析する技術が開発されている。すなわち、既知の相互作用部位に特異的に存在するアミノ酸配列を探索することにより、タンパク質の相互作用部位を予測している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモチーフ検索などによる相互作用部位の解析手法は、既知の相互作用部位については解析することができるが、未知の相互作用部位については解析することができないというシステム構造上の基本的問題点を有していた。
【０００４】
すなわち、従来の相互作用部位の解析手法は、予め判明している相互作用部位に特異的な一次配列をモチーフデータベースなどに登録し、その情報を用いて相互作用部位の予測を行うものであるため、今までに発見されていない相互作用部位については、その解析をすることができなかった。従って、今まで発見されていない未知の相互作用部位をバイオインフォマティクス技術を用いてコンピュータ上で予測する際には、まったく別の手法を用いる必要があるが、有効な手法は未だ確立していない。
【０００５】
一方、タンパク質の相互作用は二つの安定な全体構造をもつタンパク質同士が作用することにより、さらに安定化する過程であるといえる。タンパク質が相互作用する際の構造の変化について更に説明すると、タンパク質ＡとＢとが相互作用する際には、タンパク質Ａの一部分の構造とタンパク質Ｂの一部分の構造に変化が起こり結合する。
【０００６】
変化が起こる一部分の構造として考えられる部位について考察すると、まず、局所的に見ても、かつ全体的に見ても安定な局所構造は、それ以上安定化する必要性がない。一方、全体的に見れば安定であるが局所的に見ると不安定である部分は、他のタンパク質等と結合することによりその部分が安定化し、さらに結合することにより全体もさらに安定化するという状況が考えられる。すなわち、局所的に不安定な構造領域は、タンパク質相互作用部位である可能性が比較的高いと考えることができる。このように局所的に不安定な部位を一次配列から予測することにより、相互作用部位の候補を挙げることができるようになる可能性がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、タンパク質の構造データから求めた疎水相互作用および静電相互作用に基づいてタンパク質単体時の不安定性の高い部位を特定し相互作用部位を特定すること等のできる、タンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、請求項１に記載のタンパク質相互作用情報処理装置は、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得手段と、上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定手段と、上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定手段と、上記疎水面特定手段にて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定手段にて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この装置によれば、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定し、特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、構造データによりタンパク質の相互作用部位を容易に特定することができるようになる。
【００１０】
また、請求項２に記載のタンパク質相互作用情報処理装置は、請求項１に記載のタンパク質相互作用情報処理装置において、上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定手段をさらに備え、上記相互作用部位特定手段は、上記溶媒接触面特定手段にて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定手段にて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定手段にて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする。
【００１１】
この装置によれば、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定し、特定された溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、複合体時の構造データがある場合に、タンパク質の相互作用部位をさらに正確かつ容易に特定することができるようになる。
【００１２】
また、請求項３に記載のタンパク質相互作用情報処理装置は、請求項１または２に記載のタンパク質相互作用情報処理装置において、上記相互作用部位特定手段にて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索手段をさらに備え、上記候補タンパク質検索手段にて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする。
【００１３】
この装置によれば、相互作用部位特定手段にて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索し、検索された候補タンパク質について、上述した構造データ取得手段、溶媒接触面特定手段（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定手段、静電相互作用部位特定手段、および、相互作用部位特定手段を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認するので、未知の相互作用を予測することが容易にできるようになる。
【００１４】
また、本発明はタンパク質相互作用情報処理方法に関するものであり、請求項４に記載のタンパク質相互作用情報処理方法は、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得ステップと、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定ステップと、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定ステップと、上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定ステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
この方法によれば、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定し、特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、構造データによりタンパク質の相互作用部位を容易に特定することができるようになる。
【００１６】
また、請求項５に記載のタンパク質相互作用情報処理方法は、請求項４に記載のタンパク質相互作用情報処理方法において、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定ステップをさらに含み、上記相互作用部位特定ステップは、上記溶媒接触面特定ステップにて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする。
【００１７】
この方法によれば、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定し、特定された溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、複合体時の構造データがある場合に、タンパク質の相互作用部位をさらに正確かつ容易に特定することができるようになる。
【００１８】
また、請求項６に記載のタンパク質相互作用情報処理方法は、請求項４または５に記載のタンパク質相互作用情報処理方法において、上記相互作用部位特定ステップにて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索ステップをさらに含み、上記候補タンパク質検索ステップにて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、相互作用部位特定ステップにて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索し、検索された候補タンパク質について、上述した構造データ取得ステップ、溶媒接触面特定ステップ（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定ステップ、静電相互作用部位特定ステップ、および、相互作用部位特定ステップを実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認するので、未知の相互作用を予測することが容易にできるようになる。
【００２０】
また、本発明はプログラムに関するものであり、請求項７に記載のプログラムは、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得ステップと、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定ステップと、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定ステップと、上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定ステップとを含むタンパク質相互作用情報処理方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２１】
このプログラムによれば、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定し、特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、構造データによりタンパク質の相互作用部位を容易に特定することができるようになる。
【００２２】
また、請求項８に記載のプログラムは、請求項７に記載のプログラムにおいて、上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定ステップをさらに含み、上記相互作用部位特定ステップは、上記溶媒接触面特定ステップにて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする。
【００２３】
このプログラムによれば、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定し、特定された溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、複合体時の構造データがある場合に、タンパク質の相互作用部位をさらに正確かつ容易に特定することができるようになる。
【００２４】
また、請求項９に記載のプログラムは、請求項７または８に記載のプログラムにおいて、上記相互作用部位特定ステップにて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索ステップをさらに含み、上記候補タンパク質検索ステップにて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする。
【００２５】
このプログラムによれば、相互作用部位特定ステップにて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索し、検索された候補タンパク質について、上述した構造データ取得ステップ、溶媒接触面特定ステップ（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定ステップ、静電相互作用部位特定ステップ、および、相互作用部位特定ステップを実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認するので、未知の相互作用を予測することが容易にできるようになる。
【００２６】
また、本発明は記録媒体に関するものであり、請求項１０に記載の記録媒体は、上記請求項７から９のいずれか一つに記載されたプログラムを記録したことを特徴とする。
【００２７】
この記録媒体によれば、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み取らせて実行することによって、請求項７から９のいずれか一つに記載されたプログラムをコンピュータを利用して実現することができ、これら各プログラムと同様の効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２９】
［本発明の概要］
以下、本発明の概要について説明し、その後、本発明の構成および処理等について詳細に説明する。図１は本発明の基本原理を示す原理構成図である。
本発明は、概略的に、以下の基本的特徴を有する。
【００３０】
本発明は、溶媒接触面の疎水性相互作用に基づき不安定性の高い部位を特定する。すなわち、本発明は、まず、相互作用する複数のタンパク質の単体時の溶媒接触面積（溶媒分子が接することのできる分子表面の面積であり「溶媒露出表面積」ともいう）と複合体形成時の溶媒接触面積とを別々に計算し、その差を取ることにより相互作用部分の溶媒接触面を求める。つまり、単体時の溶媒接触面積と複合体形成時の溶媒接触面積との差が大きい部位は、複合体を形成すると溶媒に接触する面積が少なくなることを示すため、このような部位は相互作用部位である可能性が高いということができるので、差が大きいアミノ酸残基部位を相互作用部位の溶媒接触面として特定する。なお、複合体時の構造データがない場合本処理は行わない。
【００３１】
そして、本発明はタンパク質の溶媒接触面について疎水性相互作用エネルギーを求めることにより、タンパク質の一次構造を構成するアミノ酸残基中で溶媒面でありかつ疎水面である部位を特定する。このような部位は、単体時においては不安定性が高く、複合体形成時においては疎水面が覆い隠されることにより安定化すると考えられるため、相互作用部位となる可能性が高い部位であるといえる。
【００３２】
また、本発明は、タンパク質中において静電相互作用エネルギーの高い部位を特定することにより不安定性の高い部位を特定する。すなわち、本発明は、分子軌道法などにより求められた原子電荷（部分電荷）に基づいて静電相互作用エネルギーの高い部位を計算する。このような部位は単体時においては不安定性が高く、複合体形成時においてはエネルギー的に安定化すると考えられるため、相互作用部位となる可能性が高い部位であるといえる。ここで、原子電荷は分子軌道法などによる各種の計算手法により求めてもよいし、分子力学法や分子動力学法等において各種のパラメータ値として与えられた原子電荷の値などを流用してもよい。
【００３３】
そして、本発明は、溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い部位を特定することにより相互作用部位を特定する。
【００３４】
［システム構成］
まず、本システムの構成について説明する。図２は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すブロック図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。本システムは、概略的に、タンパク質相互作用情報処理装置１００と、配列情報等に関する外部データベースやホモロジー検索等の外部プログラム等を提供する外部システム２００とを、ネットワーク３００を介して通信可能に接続して構成されている。
【００３５】
図２においてネットワーク３００は、タンパク質相互作用情報処理装置１００と外部システム２００とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネット等である。
【００３６】
図２において外部システム２００は、ネットワーク３００を介して、タンパク質相互作用情報処理装置１００と相互に接続され、利用者に対してＤＮＡ等の配列情報やタンパク質等の構造情報等に関する外部データベースやホモロジー検索やモチーフ検索等の外部プログラムを実行するウェブサイトを提供する機能を有する。
【００３７】
ここで、外部システム２００は、ＷＥＢサーバやＡＳＰサーバ等として構成してもよく、そのハードウェア構成は、一般に市販されるワークステーション、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成してもよい。また、外部システム２００の各機能は、外部システム２００のハードウェア構成中のＣＰＵ、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。
【００３８】
図２においてタンパク質相互作用情報処理装置１００は、概略的に、タンパク質相互作用情報処理装置１００の全体を統括的に制御するＣＰＵ等の制御部１０２、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置（図示せず）に接続される通信制御インターフェース部１０４、入力装置１１２や出力装置１１４に接続される入出力制御インターフェース部１０８、および、各種のデータベースやテーブルなどを格納する記憶部１０６を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。さらに、このタンパク質相互作用情報処理装置１００は、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワーク３００に通信可能に接続されている。
【００３９】
記憶部１０６に格納される各種のデータベースやテーブル（タンパク質構造データベース１０６ａおよび処理結果データ１０６ｂ）は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムやテーブルやファイルやデータベースやウェブページ用ファイル等を格納する。
【００４０】
これら記憶部１０６の各構成要素のうち、タンパク質構造データベース１０６ａは、タンパク質のアミノ酸配列情報（一次構造データ）や立体構造データ（構成原子の３次元座標データ等）や各種のアノテーション情報を格納したデータベースである。タンパク質構造データベース１０６ａは、インターネットを経由してアクセスする外部のデータベースであってもよく、また、これらのデータベースをコピーしたり、オリジナルの配列情報を格納したり、さらに独自のアノテーション情報等を付加したりして作成したインハウスデータベースであってもよい。
【００４１】
また、処理結果データ１０６ｂは、処理結果データに関する情報等を格納する処理結果データ格納手段である。
【００４２】
また、図２において、通信制御インターフェース部１０４は、タンパク質相互作用情報処理装置１００とネットワーク３００（またはルータ等の通信装置）との間における通信制御を行う。すなわち、通信制御インターフェース部１０４は、他の端末と通信回線を介してデータを通信する機能を有する。
【００４３】
また、図２において、入出力制御インターフェース部１０８は、入力装置１１２や出力装置１１４の制御を行う。ここで、出力装置１１４としては、モニタ（家庭用テレビを含む）の他、スピーカを用いることができる（なお、以下においては出力装置１１４をモニタとして記載する場合がある）。また、入力装置１１２としては、キーボード、マウス、および、マイク等を用いることができる。また、モニタも、マウスと協働してポインティングデバイス機能を実現する。
【００４４】
また、図２において、制御部１０２は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、および所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部１０２は、機能概念的に、構造データ取得部１０２ａ、溶媒接触面特定部１０２ｂ、疎水面特定部１０２ｃ、静電相互作用部位特定部１０２ｄ、相互作用部位特定部１０２ｅ、および、相互作用予測部１０２ｆを備えて構成されている。
【００４５】
このうち、構造データ取得部１０２ａは、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得手段である。また、溶媒接触面特定部１０２ｂは、構造データ取得手段にて取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定手段である。
【００４６】
また、疎水面特定部１０２ｃは、構造データ取得手段にて取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定手段である。また、静電相互作用部位特定部１０２ｄは、構造データ取得手段にて取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定手段である。
【００４７】
また、相互作用部位特定部１０２ｅは、溶媒接触面特定手段にて特定された溶媒接触面、疎水面特定手段にて特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用部位特定手段にて特定された静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定手段である。
【００４８】
また、相互作用予測部１０２ｆは、相互作用部位特定手段にて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索部１０２ｇを備え、候補タンパク質検索手段にて検索された候補タンパク質について、構造データ取得手段、溶媒接触面特定手段、疎水面特定手段、静電相互作用部位特定手段、および、相互作用部位特定手段を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認する手段である。なお、これら各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。
【００４９】
［システムの処理］
次に、このように構成された本実施の形態における本システムの処理の一例について、以下に図３〜図１２を参照して詳細に説明する。
【００５０】
［メイン処理］
まず、メイン処理の詳細について図３を参照して説明する。図３は、本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートである。
【００５１】
タンパク質相互作用情報処理装置１００は、構造データ取得部１０２ａの処理により、タンパク質構造データベース１０６ａまたは外部システム２００の外部データベース（例えば、ＰＤＢ（Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｄａｔａ Ｂａｎｋ）など）にアクセスして、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する（ステップＳＡ−１）。ここで、取得する構造データは、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造データの双方を含む場合と、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データのみの場合を含む。
【００５２】
ついで、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、複合体時の構造データがある場合には溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、図４を用いて後述するように、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造データの双方に従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する（ステップＳＡ−２）。ここで、溶媒接触面特定処理の詳細について図４を参照して説明する。図４は、本実施形態における本システムの溶媒接触面特定処理の一例を示すフローチャートである。
【００５３】
まず、溶媒接触面特定部１０２ｂは、各残基について、単体時の溶媒接触面積Ｓｉｓｏｌａｔｅｄを計算する（ステップＳＢ−１）。ここで、本発明において溶媒接触面積を求める手法については既知のいずれの手法を用いてもよく、例えば、文献１（“Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ． Ｉ． Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｒｒｏｔｓ”Ａ． Ａ． Ｂｌｉｚｎｙｕｋ ａｎｄ Ｊ．Ｅ． Ｇｒｅａｄｙ， Ｊ．Ｃｏｍｐｕｔ． Ｃｈｅｍ．，１７，９６２−９６９（１９９６）．）や、文献２（“Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ．ＩＩ． Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆＥｒｒｏｔｓ”Ａ． Ａ．Ｂｌｉｚｎｙｕｋ ａｎｄ Ｊ．Ｅ．Ｇｒｅａｄｙ，Ｊ．Ｃｏｍｐｕｔ． Ｃｈｅｍ．，１７，９７０−９７５（１９９６）．）に開示された手法を用いてもよい。
【００５４】
ついで、溶媒接触面特定部１０２ｂは、各残基について、複合体形成時の溶媒接触面積Ｓｃｏｍｐｌｅｘを計算する（ステップＳＢ−２）。
【００５５】
ついで、溶媒接触面特定部１０２ｂは、各残基について、単体時の溶媒接触面積Ｓｉｓｏｌａｔｅｄと、複合体形成時の溶媒接触面積Ｓｃｏｍｐｌｅｘの差分を計算する（ステップＳＢ−３）。これにて、溶媒接触面特定処理が終了する。
【００５６】
再び図３に戻り、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、疎水面特定部１０２ｃの処理により、図５を用いて後述するように、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造データの双方に従って、タンパク質の一次構造を構成する各アミノ酸残基および原子毎の疎水性パラメータなどに基づいて、各残基および原子毎に疎水性相互作用エネルギーを計算し疎水面を特定する（ステップＳＡ−３）。例えば、アミノ酸残基がＬｙｓの場合は、ε位の窒素Ｎとそれに結合している水素Ｈは親水的とし、β、γ、δ位の炭素Ｃとそれに結合している水素Ｈは疎水的とする。
【００５７】
ここで、疎水面特定処理の詳細について図５を参照して説明する。図５は、本実施形態における本システムの疎水面特定処理の一例を示すフローチャートである。本例では、タンパク質Ａとタンパク質Ｂとが相互作用する場合を一例に説明する。
【００５８】
まず、疎水面特定部１０２ｃは、数式１により疎水面の減少量を計算する（ステップＳＣ−１）。
ΔＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ＝ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＡ ＋ ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＢ − ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＡＢ ・・・数式１
【００５９】
ここで、ΔＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃは疎水面の減少量であり、ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＡはタンパク質Ａ単体時の疎水面の面積であり、ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＢはタンパク質Ｂ単体時の疎水面の面積であり、ＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＡＢはタンパク質Ａとタンパク質Ｂが複合体を形成した時の疎水面の面積である。
【００６０】
そして、疎水面特定部１０２ｃは、数式２により疎水性相互作用エネルギーＥｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃを計算する。
Ｅｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ＝ｋ×ΔＳｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ・・・数式２
ここで、ｋ＝２４ｃａｌ／ｍｏｌ・Å２である
（参考”Ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｗａｔａｒ ”，Ｔ．Ｍ．Ｒａｓｃｈｋｅ，Ｊ Ｔｓａｉ ａｎｄ Ｍ．Ｌｅｖｉｔｔ， ＰＮＡＳ， ９８， ５９６５−５９６９ （２００１））。
【００６１】
そして、疎水面特定部１０２ｃは、予め定めた閾値を超える疎水性相互作用エネルギーであるアミノ酸残基部位を疎水面として特定する（ステップＳＣ−３）。これにて、疎水面特定処理が終了する。
【００６２】
再び図３に戻り、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、静電相互作用部位特定部１０２ｄの処理により、図６を用いて後述するように、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造データの双方に従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する（ステップＳＡ−４）。ここで、静電相互作用部位特定処理の詳細について図６を参照して説明する。図６は、本実施形態における本システムの静電相互作用部位特定処理の一例を示すフローチャートである。
【００６３】
まず、静電相互作用部位特定部１０２ｄは、数式３により各残基について静電相互作用エネルギーＥｎを計算する（ステップＳＤ−１）。
【数１】
ここで、εは分子内部における誘電率であり、ｑは部分電荷であり、ｉとｊは原子を示す添え字であり、Ｒは原子ｉと原子ｊの間の距離である。Ｅｎは静電相互作用であり、分子内部の極性部位およびイオン化して荷電している部位間の相互作用を原子核上に部分電荷を置くことで近似している。これにて、静電相互作用部位特定処理が終了する。
【００６５】
再び図３に戻り、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、相互作用部位特定部１０２ｅの処理により、図７を用いて後述するように、溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する（ステップＳＡ−５）。ここで、相互作用部位特定処理の詳細について図７を参照して説明する。図７は、本実施形態における本システムの相互作用部位特定処理の一例を示すフローチャートである。
【００６６】
まず、相互作用部位特定部１０２ｅは、溶媒接触面積の差ΔＳが予め定めた閾値を超える部位を特定する（ステップＳＥ−１）。
【００６７】
次に、相互作用部位特定部１０２ｅは、疎水性相互作用エネルギーＥｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃが予め定めた閾値を超える部位を特定する（ステップＳＥ−２）。
【００６８】
次に、相互作用部位特定部１０２ｅは、静電相互作用エネルギーＥｎが予め定めた閾値を超える部位を特定する（ステップＳＥ−３）。これにて、相互作用部位特定処理が終了する。これにて、メイン処理が終了する。
【００６９】
［相互作用部位予測処理］
次に、相互作用部位予測処理の詳細について図８を参照して説明する。図８は、本実施形態における本システムの相互作用部位予測処理の一例を示すフローチャートである。
【００７０】
まず、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、上述したメイン処理により相互作用部位を特定する（ステップＳＦ−１）。
【００７１】
ついで、相互作用予測部１０２ｆは、候補タンパク質検索部１０２ｇの処理により、ステップＳＦ−１で特定した相互作用部位と相互作用する相手側の一次配列（同一タンパク質内の配列を含む）を特定し（ステップＳＦ−２）、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する（ステップＳＦ−３）。
【００７２】
ついで、相互作用予測部１０２ｆは、候補タンパク質について、上述した構造データ取得処理、溶媒接触面特定処理（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定処理、静電相互作用部位特定処理、および、相互作用部位特定処理を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認する（ステップＳＦ−４）。これにて、相互作用部位予測処理が終了する。
【００７３】
［実施例１］
次に、実施例１の詳細について図９〜図１４を参照して説明する。実施例１は、タンパク質として「ｂａｒｎａｓｅ」と「ｂａｒｓｔａｒ」とを用いて相互作用部位を特定する場合を一例に説明する。
【００７４】
図９は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、ｂａｒｎａｓｅ−ｂａｒｓｔａｒ複合体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。本図に示すように、ｂａｒｎａｓｅの一次構造のうち、３８番目、５９番目、８３番目、および、１０２番目のアミノ酸残基の差ΔＳが大きく、ｂａｒｎａｓｅはこの部位でｂａｒｓｔａｒと相互作用していることが特定できる。
【００７５】
また、図１０は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｂａｒｎａｓｅ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、８２番目のアミノ酸残基の疎水相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００７６】
また、図１１は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｂａｒｎａｓｅ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、５９番目、６６番目、８３番目、および、１０２番目のアミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００７７】
また、図１２は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、ｂａｒｎａｓｅ−ｂａｒｓｔａｒ複合体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。本図に示すように、ｂａｒｓｔａｒの一次構造のうち、３０番目、３６番目、４０番目、４５番目、４７番目、および、７７番目のアミノ酸残基の差ΔＳが大きく、ｂａｒｓｔａｒはこの部位でｂａｒｎａｓｅと相互作用していることが特定できる。
【００７８】
また、図１３は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｂａｒｓｔａｒ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、３０番目のアミノ酸残基の疎水相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００７９】
また、図１４は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｂａｒｓｔａｒ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、３５番目、３９番目、５８番目、６５番目、７７番目、および、８０番目のアミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００８０】
タンパク質相互作用情報処理装置１００は、相互作用作用部位特定部１０２ｅの処理により、図１０、図１１に示す結果に基づいて、ｂａｒｎａｓｅについては５９番目、６６番目、８２番目、８３番目、および、１０２番目アミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図９に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。また、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、相互作用作用部位特定部１０２ｅの処理により、図１３、図１４に示す結果に基づいて、ｂａｒｓｔａｒについては３０番目、３５番目、３９番目、５８番目、６５番目、７７番目、および、８０番目のアミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図１２に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、同様に、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。これにて、実施例１が終了する。
【００８１】
［実施例２］
次に、実施例２の詳細について図１５〜図２０を参照して説明する。実施例２は、タンパク質としてＲｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅとそのＩｎｈｉｂｉｔｏｒとを用いて相互作用部位を特定する場合を一例に説明する。
【００８２】
図１５は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ−ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ複合体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。本図に示すように、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅの一次構造のうち、３９番目のアミノ酸残基の差ΔＳが大きく、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅはこの部位でｉｎｈｉｂｉｔｏｒと相互作用していることが特定できる。
【００８３】
また、図１６は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ単体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、疎水性相互作用エネルギーに関しては際立ったピークは判別できない。
【００８４】
また、図１７は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ単体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、１番目、７番目、および、３９番目のアミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００８５】
また、図１８は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ−ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ複合体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。本図に示すように、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒの一次構造のうち、４３３番目のアミノ酸残基の差ΔＳが大きく、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒはこの部位でＲｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅと相互作用していることが特定できる。
【００８６】
また、図１９は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ単体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、４３３番目のアミノ酸残基の疎水相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００８７】
また、図２０は、タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ単体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、４３３番目付近のアミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。
【００８８】
タンパク質相互作用情報処理装置１００は、相互作用作用部位特定部１０２ｅの処理により、図１６、図１７に示す結果に基づいて、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについては１番目、７番目、および、３９番目アミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図１５に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。また、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、相互作用作用部位特定部１０２ｅの処理により、図１９、図２０に示す結果に基づいて、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについては４３３番目のアミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図１８に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、同様に、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。これにて、実施例２が終了する。
【００８９】
［他の実施の形態］
さて、これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態以外にも、上記特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。
【００９０】
本実施例においては、相互作用するタンパク質の単体時および複合体時の構造データを用いて溶媒接触面を特定した結果と、単体時の構造データを用いて疎水性相互作用および静電相互作用を求めた結果との間に相関があることを示している。しかしながら、単体時の構造データのみを用いて疎水性相互作用および静電相互作用を求めた場合であっても本発明の効果を得ることができることは自明である。
【００９１】
また、例えば、タンパク質相互作用情報処理装置１００がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、タンパク質相互作用情報処理装置１００とは別筐体で構成されるクライアント端末からの要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該クライアント端末に返却するように構成してもよい。
【００９２】
また、実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。
【００９３】
この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種の登録データや検索条件等のパラメータを含む情報、画面例、データベース構成については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【００９４】
また、タンパク質相互作用情報処理装置１００に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。
例えば、タンパク質相互作用情報処理装置１００の各部または各装置が備える処理機能、特に制御部１０２にて行なわれる各処理機能については、その全部または任意の一部を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）および当該ＣＰＵにて解釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現することも可能である。なお、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じてタンパク質相互作用情報処理装置１００に機械的に読み取られる。
【００９５】
すなわち、ＲＯＭまたはＨＤなどの記憶部１０６などには、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と協働してＣＰＵに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、ＲＡＭ等にロードされることによって実行され、ＣＰＵと協働して制御部１０２を構成する。また、このコンピュータプログラムは、タンパク質相互作用情報処理装置１００に対して任意のネットワーク３００を介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記録されてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。
【００９６】
また、本発明にかかるプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等の任意の「可搬用の物理媒体」や、各種コンピュータシステムに内蔵されるＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤ等の任意の「固定用の物理媒体」、あるいは、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線や搬送波のように、短期にプログラムを保持する「通信媒体」を含むものとする。
【００９７】
また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールやライブラリとして分散構成されるものや、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。
【００９８】
記憶部１０６に格納される各種のデータベース等（タンパク質構造データベース１０６ａおよび処理結果データ１０６ｂ）は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラムやテーブルやファイルやデータベースやウェブページ用ファイル等を格納する。
【００９９】
また、タンパク質相互作用情報処理装置１００は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理端末等の情報処理装置にプリンタやモニタやイメージスキャナ等の周辺装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア（プログラム、データ等を含む）を実装することにより実現してもよい。
【０１００】
さらに、タンパク質相互作用情報処理装置１００の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、各データベースを独立したデータベース装置として独立に構成してもよく、また、処理の一部をＣＧＩ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｇａｔｅｗａｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を用いて実現してもよい。
【０１０１】
また、ネットワーク３００は、タンパク質相互作用情報処理装置１００と外部システム２００とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネットや、イントラネットや、ＬＡＮ（有線／無線の双方を含む）や、ＶＡＮや、パソコン通信網や、公衆電話網（アナログ／デジタルの双方を含む）や、専用回線網（アナログ／デジタルの双方を含む）や、ＣＡＴＶ網や、ＩＭＴ２０００方式、ＧＳＭ方式またはＰＤＣ／ＰＤＣ―Ｐ方式等の携帯回線交換網／携帯パケット交換網や、無線呼出網や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の局所無線網や、ＰＨＳ網や、ＣＳ、ＢＳまたはＩＳＤＢ等の衛星通信網等のうちいずれかを含んでもよい。すなわち、本システムは、有線・無線を問わず任意のネットワークを介して、各種データを送受信することができる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定し、特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、構造データによりタンパク質の相互作用部位を容易に特定することができるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。
【０１０３】
また、本発明によれば、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定し、特定された溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、複合体時の構造データがある場合に、タンパク質の相互作用部位をさらに正確かつ容易に特定することができるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。
【０１０４】
さらに、本発明によれば、相互作用部位特定手段にて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索し、検索された候補タンパク質について、上述した構造データ取得手段、溶媒接触面特定手段（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定手段、静電相互作用部位特定手段、および、相互作用部位特定手段を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認するので、未知の相互作用を予測することが容易にできるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本原理を示す原理構成図である。
【図２】本発明が適用される本システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態における本システムの溶媒接触面特定処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態における本システムの疎水面特定処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態における本システムの静電相互作用部位特定処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態における本システムの相互作用部位特定処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態における本システムの相互作用部位予測処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、ｂａｒｎａｓｅ−ｂａｒｓｔａｒ複合体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。
【図１０】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｂａｒｎａｓｅ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１１】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｂａｒｎａｓｅ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｎａｓｅについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１２】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、ｂａｒｎａｓｅ−ｂａｒｓｔａｒ複合体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。
【図１３】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｂａｒｓｔａｒ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１４】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｂａｒｓｔａｒ単体の結晶構造に基づき、ｂａｒｓｔａｒについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１５】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ−ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ複合体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。
【図１６】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ単体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１７】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ単体の結晶構造に基づき、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図１８】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、溶媒接触面特定部１０２ｂの処理により、Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ−ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ複合体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差ΔＳを計算した処理図である。
【図１９】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、疎水面特定部１０２ｃの処理により、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ単体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【図２０】タンパク質相互作用情報処理装置１００が、静電相互作用特定部１０２ｄの処理により、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ単体の結晶構造に基づき、ｉｎｈｉｂｉｔｏｒについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。
【符号の説明】
１００ タンパク質相互作用情報処理装置
１０２ 制御部
１０２ａ 構造データ取得部
１０２ｂ 溶媒接触面特定部
１０２ｃ 疎水面特定部
１０２ｄ 静電相互作用部位特定部
１０２ｅ 相互作用部位特定部
１０２ｆ 相互作用予測部
１０２ｇ 候補タンパク質検索部
１０４ 通信制御インターフェース部
１０６ 記憶部
１０６ａ タンパク質構造データベース
１０６ｂ 処理結果データ
１０８ 入出力制御インターフェース部
１１２ 入力装置
１１４ 出力装置
２００ 外部システム
３００ ネットワーク
Claims (10)
- 相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得手段と、
上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定手段と、
上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定手段と、
上記疎水面特定手段にて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定手段にて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定手段と、
を備えたことを特徴とするタンパク質相互作用情報処理装置。 - 上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定手段、
をさらに備え、
上記相互作用部位特定手段は、上記溶媒接触面特定手段にて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定手段にて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定手段にて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする請求項１に記載のタンパク質相互作用情報処理装置。 - 上記相互作用部位特定手段にて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索手段、
をさらに備え、
上記候補タンパク質検索手段にて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする請求項１または２に記載のタンパク質相互作用情報処理装置。 - 相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得ステップと、
上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定ステップと、
上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定ステップと、
上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定ステップと、
を含むことを特徴とするタンパク質相互作用情報処理方法。 - 上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定ステップ、
をさらに含み、
上記相互作用部位特定ステップは、上記溶媒接触面特定ステップにて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする請求項４に記載のタンパク質相互作用情報処理方法。 - 上記相互作用部位特定ステップにて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索ステップ、
をさらに含み、
上記候補タンパク質検索ステップにて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする請求項４または５に記載のタンパク質相互作用情報処理方法。 - 相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および／または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得ステップと、
上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定ステップと、
上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定ステップと、
上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定ステップと、
を含むタンパク質相互作用情報処理方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 - 上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定ステップ、
をさらに含み、
上記相互作用部位特定ステップは、上記溶媒接触面特定ステップにて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする請求項７に記載のプログラム。 - 上記相互作用部位特定ステップにて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索ステップ、
をさらに含み、
上記候補タンパク質検索ステップにて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする請求項７または８に記載のプログラム。 - 上記請求項７から９のいずれか一つに記載されたプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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