JPH0445781A - タンパク質構造比較装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要］ タンパク質構造比較装置に関し、 一次構造を参照することにより、基準原子の指定を簡素
化することを目的とし、 プライマ側およびターゲット側の各タンパク質の一次構
造データを保持する保持手段と、前記一次構造データを
比較してＩＨ以するアミノ酸配列を抽出する抽出手段と
、該抽出結果に基づいて前記ふたつのタンパク質の立体
構造表示モデルを重ね合わせる際の基準となる残基位置
を指定する指定手段と、を備える。

［産業上の利用分野］ 本発明は、タンパク質構造比較装置、特にタンパク質の
立体構造を解析する装置であって、コンピュータグラフ
ィックス技術を応用したタンパク質構造比較装置に関す
る。

生体における生物的機能は、主にタンパク質とその集合
体によって担われている。タンパク質のなかでも生物に
固有の働きをもつものの代表は酵素であるが、そのほか
にも、抗原抗体反応に関与するイムノグロブリンや、呼
吸に関与するヘモグロビン、生体運動に関与するミオシ
ンやアクチン、それに、ホルモン・タンパク質など、多
種多様なタンパク質が知られている。

すなわち、往体の各生理機能はその系に固有のタンパク
質によって担われ、また、タンパク質の働きは、結合組
織の構成物であるコラーゲンや、毛や爪の成分であるケ
ラチンなど硬タンパク質と総称されるもののように生体
構造の維持・保護に役立っているものがあり、さらに、
筋肉タンパクのように生理的機能だけでなく構造形成に
関与しているものもある。

こうしたタンパク質固有の機能は、それぞれに固有の立
体構造によって保証され、かつ、他の物質との相互作用
の結果生じる特異的な構造変化によってその機能が発現
される。

したがって、任意のタンパク質を解析する作業は、その
立体構造を知ることに他ならない。

〔従来の技術〕

従来のタンパク賞構造比較装置としては、例えば、Ｘ線
結晶解析技術とコンピュータグラフィックス技術とを応
用した装置が知られている。

この装置では、解析しようとするタンパク質（以下、タ
ーゲット）の立体構造（一般に３次元構造）と既知のタ
ンパク質（以下、プライマ）の立体構造とをグラフィッ
クス上で重ね合わせ、構造上の微細な違いからターゲッ
トの機能を解析する。正確な重ね合わせのためには、コ
ンピュータによる数値解析、例えば、関数の二乗和を最
小にする変数の値を求める最小二乗法（ｌｅａｓｔ　ｓ
ｑｕａｒｅｓｍｅｔｈｏｄ　）を実行する必要があり、
かかる最小二乗法を行うには、予めターゲットおよびプ
ライマの主鎖を構成する多数の原子のなかから、少なく
とも４つの原子（重ね合わせの基準となる原子、以下、
基準原子）を指定しておく必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のタンパク質構造比較装置にあ
っては、基準原子の指定をオペレータの直感にたよって
発見的に行うものであったため、複雑な立体構造を持つ
ものに対しては部分的な画像拡大や回転といった操作を
繰り返す必要があり、作業が繁雑になるといった問題点
があった。

すなわち、第７図に示すように簡単な構造（分子量が少
ない）のタンパク質であれば、基準原子（図中Ｏ印）の
指定は容易であり、第８図Ｃ；示すように最小二乗法に
よる重ね合わせ結果も良好に得られるが、例えば、第９
図に示すように複雑な構造のタンパク質（多くのタンパ
ク質はその構造が複雑）の場合には、相当の試行錯誤を
繰り返さなければならない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
一次構造を参照することにより、基準原子の指定を簡素
化することを目的としている。

［課題を解決するための手段〕 本発明は、上記目的を達成するためその原理構成図を第
１図に示すように、プライマ側およびターゲット側の各
タンパク質の一次構造データを保持する保持手段と、前
記一次構造データを比較して類似するアミノ酸配列を抽
出する抽出手段と、該抽出結果に基づいて前記ふたつの
タンパク質の立体構造表示モデルを重ね合わせる際の基
準となる残基位置を指定する指定手段と、を備える。

〔作用〕

タンパク質の一次構造とは、多数のアミノ酸をペプチド
結合でつなげたポリペプチド鎖の何本かの集合において
、そのアミノ酸の配列順序をいう。

一次構造の一端にはアミノ基が、他端にはカルボキシル
基が存在するので前者をＮ末端、後者をＣ末端という、
Ｎ末端からＣ末端までつながる各アミノ酸に、その種類
を表すアルファべ、／ト符号と番号（１−ｎ）が付与さ
れている。１９５５年にＦ。

３ａｎｇｅｒがインシュリンについての一次構造を明ら
かにしたのを始め現在までに数千種類のタンパク質の一
次構造が判明している。

すなわち、一次構造は、タンパク質に固有のものである
から、一次構造を参照することにより、基準原子の指定
を簡単化することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜６図は本発明に係るタンパク質構造比較装置の一
実施例を示す図である。

第２図において、タンパク質構造比較装置１０は、外部
記憶装置２０（保持手段）、コンピュータ３０（抽出手
段、指定手段）、メモリ４０、デイスプレィ５０、キー
ボード６０、およびマウス等の座標入力装置７０を備え
る。

外部記憶装置２０には、各種タンパク質ごとの固有デー
タ〔立体構造データ（原子座標データ）やアミノ酸配列
データ（一次構造データ）〕が格納されており、コンピ
ュータ３０による制御の基で、指定された２つのタンパ
ク質に関するデータを取り出し、重ね合わせ処理を実行
した後、その結果をデイスプレィ５０上にグラフィック
表示する。

ここで、メモリ４０には、所定のプログラムが格納され
ており、このプログラムは、タンパク質の取り出し指定
、指定タンパク質の立体構造データおよび一次構造デー
タの表示、一次構造データ中のＩＧＪアミノ酸配列配列
定、類似アミノ酸配列中の残基位置指定、最小二乗法に
よる重ね合わせ演算などを実行する処理プログラムであ
る。なお、タンパク質や残基位置の指定は、キーボード
６０および座標入力装置７０の操作により行う。

第３図は本実施例の全体の処理を示すフローチャートで
ある。

このフローチャートにおいて、ステップＳ１で任意の２
つのタンパク質（プライマ側およびターゲット側タンパ
ク質）を指定すると、ステップＳ２で、指定した２つの
タンパク質の立体構造がデイスプレィ５０上に表示され
る。ここでは、第９図をその表示例とする。図中の左半
分がプライマ側タンパク質の立体構造（３次元構造）、
右半分がターゲット側タンパク質のそれである。

次いで、ステップＳ３では、ターゲット側およびプライ
マ側タンパク質の一次構造を表示する。

表示例は第４図に示される。図中上半分がターゲ、７ト
側タンパク質の一次構造、下半分がプライマ側タンパク
質のそれである。

一次構造（表）は、アミノ酸のタイプを表すアルファベ
ット符号が配列順に左から右へ上から下へと並べられ、
かつ、配列順に通し番号（但し、１０の単位のみ表記）
が付されている。例えば、プライマ側の番号１１は符号
Ｙで表わされるアミノ酸、ターゲット側の番号８１は符
号Ａで表されるアミノ酸である。

ところで、２つの一次構造表を仔細にながめると、いく
つかの部分で類似性が見られる。この例では、第５図（
ａ）に示す抽出部分について類（以している。すなわち
、 ■ターゲット側の番号７２から番号８５までのアミノ酸
配列［ＴＷＳ　Ｉ　５ＹＧＤＧＳＳＡＳＧ］がプライマ
側の番号７０から番号８３までのアミノ酸配列と一致し
、 ■ターゲット側の番号１１９から番号１２５までのアミ
ノ酸配列［ＮＤＧＬＬＧＬ］がプライマ側の番号１１８
から番号１２４までのアミノ酸配列と一致し、 ■ターゲット側の番号１８１から番号１８４までのアミ
ノ酸配列［ＧＳＬＴ］がプライマ側の番号１７７から番
号１８０までのアミノ酸配列と一致し、■ターゲット側
の番号２１８から番号２２４までのアミノ酸配列［ＤＴ
ＧＴＴＬＬ］がプライマ側の番号２１３から番号２１９
までのアミノ酸配列と一致し、 ■ターゲット側の番号３０８から番号３１１　までのア
ミノ酸配列［ＹＶＶＦ］がプライマ側の番号３０７から
番号３１０までのアミノ酸配列と一致している。

ステップＳ４では、■〜■の各アミノ酸配列ごとにひと
つのアミノ酸（残基）を選択してその番号を指定する。

すなわち、残基位置を指定する。

例えば、■にあっては符号Ｉを選択してその番号７５／
７３　（ターゲット側／プライマ側、以下同様）を指定
し、■にあっては符号りを選択してその番号１２３　／
１２２を指定し、■にあっては符号りを選択してその番
号１８３　／１７９を指定し、■にあっては符号りを選
択してその番号２２４　／２１９を指定し、■にあって
は符号■を選択してその番号３１０／３０９を指定する
。これらの残基位置を２つのタンパク質の立体構造上に
示すと、第５図（ｂ）のようになる。

最後に、ステップ＄５で最小二乗法による重ね合わせ演
算を実行した後、ステップＳ６でその結果を表示し、処
理を終了する。

重ね合わせ結果は、例えば第６図のようになり、この画
像を検証して構造上の微妙な相違を見つけることで、タ
ーゲット側タンパク質の機能を解析する。

以上のように、本実施例によれば、タンパク質の構造を
考える上で欠かすことのできないアミノ酸配列（一次構
造）を参照し、重ね合わせの基準となる残基（基準原子
）位置を指定するようにしたので、従来のように発見的
かつ直感的な指定方法に比べて指定作業を大幅に簡素化
することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、タンパク質の一次構造を参照して基準
原子を指定したので、指定を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念構成図、 第２〜６図は本発明に係るタンパク質構造比較装置の一
実施例を示す図であり、 第２図はそのシステム構成図、 第３図はその動作フローチャート、 第４図はその２つのタンパク質の一次構造を示す図、 第５図（ａ）はその一次構造の類（以する部分を抜粋し
て示す図、 第５図（ｂ）はその２つのタンパク質の立体構造と指定
残基位置を示す図、 第６図はその重ね合わせ結果を示す図である。 第７〜９図は従来例を示す図であり、 第７図はその簡単な構造の２つのタンパク質を示す図、 第８図はその重ね合わせ結果を示す図、第９図はその複
雑な構造の２つのタンパク質を示す図である。 ２０・・・・・・外部記憶装置 （保持手段） ３０・・・・・・コンピュータ （抽出手段、指定手段） 第 図 ６０：キーボード 一実施例のシステム構成図 第　　２　　図 一実施例の動作フローチャート 第 図 一実施例の２つのタンパク質の一次構造を示す間第４図 第 図 従来例の正ね合わせ結果を示す図 第８図 （プライマ側） 従来例の複雑な構造の 第 （ターゲット側） ）２つのタンパク質を示す図 ９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プライマ側およびターゲット側の各タンパク質の一次構
   造データを保持する保持手段と、 前記一次構造データを比較して類似するアミノ酸配列を
   抽出する抽出手段と、 該抽出結果に基づいて前記ふたつのタンパク質の立体構
   造表示モデルを重ね合わせる際の基準となる残基位置を
   指定する指定手段と、を備えることを特徴とするタンパ
   ク質構造比較装置。