JPH105000A

JPH105000A - Ｄｎａアミノ酸配列比較方法

Info

Publication number: JPH105000A
Application number: JP8167770A
Authority: JP
Inventors: Naoko Kasahara; 直子笠原; Keiichi Nagai; 啓一永井; Susumu Hiraoka; 進平岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ＤＮＡ配列に挿入あるいは欠失が存在しても
類似している既知アミノ酸配列を高感度に検索できるＤ
ＮＡ配列とアミノ酸配列の直接比較方法を提供する。【解決手段】ＤＮＡ配列をアミノ酸への翻訳規則にの
っとってアミノ酸配列に翻訳する手段３０５、翻訳アミ
ノ酸配列と既知アミノ酸配列をＤＮＡ配列に存在する挿
入あるいは欠失を考慮して比較を行う手段３０６、比較
結果に基づいて、翻訳アミノ酸配列と既知アミノ酸配列
の並置結果をＤＮＡ配列と共に表示する手段３０７を順
次実行し、検索結果を出力する。【効果】新たに決定されたＤＮＡ配列に対して配列中
に存在する挿入あるいは欠失を考慮して、類似している
アミノ酸配列を高感度に検索を行うことができ、類似し
ている部分を並置結果として表示することで、ＤＮＡ配
列の持つ機能を類推することが容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＤＮＡアミノ酸配列
比較方法に関し、特にＤＮＡ配列とアミノ酸配列を比較
しＤＮＡ配列から直接類似アミノ酸配列を検索すること
に適したＤＮＡアミノ酸配列比較方法である。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な生物のＤＮＡ配列を決定
し、その機能を解析する動きが盛んになっている。ＤＮ
Ａ配列はＡ、Ｃ、Ｇ、Ｔの４種類の塩基の並びであり、
この塩基の並びの一部がそれぞれ生体中で機能する蛋白
質をコードしている。重要な機能を持つ蛋白質は製薬な
どに利用されることが出来るため、ＤＮＡ配列から直接
コードする蛋白質の機能を推定する技術が望まれてい
る。実際に生体中で機能するのは蛋白質配列であるが、
ＤＮＡ配列の決定を行なうほうが直接蛋白質配列を決定
するよりも技術的に容易であるため、一般的にはＤＮＡ
配列を決定する。従って、新たに決定されたＤＮＡ配列
の機能を推定するには、機能が分かっている蛋白質と比
較し、類似しているか否かを判定することになる。

【０００３】ＤＮＡは３文字の塩基単位（コドン）ごと
に２０種類のアミノ酸の一つに翻訳される。ＤＮＡ配列
の一部がアミノ酸への翻訳領域であり、その翻訳開始点
や終了点の規則は正確には解明されていない。従って、
ＤＮＡ配列に塩基レベルの挿入あるいは欠失といった誤
りが存在した場合には、ＤＮＡ配列中のアミノ酸への翻
訳領域がずれてしまうこともある。

【０００４】また、ＤＮＡ配列はコドン単位でアミノ酸
に翻訳されるために、上記の様な誤りがおきた場合には
全く異なるアミノ酸として翻訳されてしまうことも考え
られる。従来の方法ではこのようなＤＮＡ配列に塩基の
挿入あるいは欠失が生じるような誤りに対応した検索を
行なっていなかった。従来のＤＮＡ配列とアミノ酸配列
を直接比較する方法として、ＢＬＡＳＴＸ（コロナ社：
バイオテクノロジー教科書シリーズ１１「バイオテクノ
ロジーのためのコンピュータ入門」中村春木・中井謙太
共著１４１Ｐ−１４３Ｐ、１９９６）がある。この方法
では図１で表わされる方法で、ＤＮＡ配列からアミノ酸
配列への翻訳を行なう。即ち、まずＤＮＡ配列の端から
コドン単位でアミノ酸に翻訳するフレーム（１）、コド
ンの開始位置をフレーム（１）より１文字ずらしてアミ
ノ酸に翻訳するフレーム（２）、コドンの開始位置をフ
レーム（１）の開始位置よりも２文字ずらしてアミノ酸
に翻訳するフレーム（３）、また該ＤＮＡ配列の相補鎖
の反対側の端からコドン単位でアミノ酸への翻訳を開始
するフレーム（４）、フレーム（４）の翻訳開始位置か
ら１文字ずらしてアミノ酸への翻訳を開始するフレーム
（５）、フレーム（４）の翻訳開始位置から２文字ずら
してアミノ酸への翻訳を開始するフレーム（６）という
６つのフレームについてＤＮＡ配列をアミノ酸配列に翻
訳する。６種類に翻訳されたアミノ酸配列に対して、そ
れぞれ既知アミノ酸配列と比較を行なう。この方法で
は、ＤＮＡ配列に塩基単位の挿入あるいは欠失が生じて
翻訳フレームが途中でずれてしまった場合に対応してい
ない。例えば、フレーム（１）で翻訳されたアミノ酸配
列に非常に類似したアミノ酸配列が存在したとしても、
ＤＮＡ配列中に塩基単位で挿入あるいは欠失が存在した
場合には、その場所より後はフレームが（２）あるいは
（３）に変更される。しかし、従来方法ではそのような
フレームの変更に対応しきれていない。ＢＬＡＳＴＸで
は、配列の比較検索を６種類の翻訳フレームを利用し、
確率計算を行うことで類似配列を類推する方法を用いて
いる。しかし、この方法では検索もれが生じる可能性が
ある。また、６種類のフレームのそれぞれについて比較
を行なっているために、アミノ酸配列への翻訳が次にど
のフレームに変更されているのかが分かりにくいという
問題点も生じている。

【０００５】また第２に従来方法として、Ｓｍｉｔｈ−
Ｗａｔｅｒｍａｎ法（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏ
ｆＣｏｍｍｏｎＭｏｌｅｃｕｌａｒＳｕｂｓｅｑｕｅｎ
ｃｅｓ，Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ，（１９８１）．１４
７．１９５−１９７，Ｔ．Ｆ．ＳｍｉｔｈａｎｄＭ．
Ｓ．Ｗａｔｅｒｍａｎ）がある。この方法は、図２に示
したように、比較する２つの配列の文字を１文字ずつ比
較して、それぞれに対応したスコアを与え積算し、最終
的にスコアが最大となるような検索経路を計算する方法
である。この方法は従来ある検索方法の中でもっとも正
確な検索方法であるが、配列中の塩基、１文字１文字に
ついて比較を行なうために時間がかかる。１組の配列同
士のみならず、この場合だと、上記６種類に翻訳された
アミノ酸配列に対してそれぞれ検索を行なわなくてはな
らないために、さらに検索時間がかかる。また、この方
法はアミノ酸単位、あるいはＤＮＡ配列中のコドン単位
での挿入あるいは欠失には対応できるものの、ＤＮＡ配
列中の塩基単位での挿入あるいは欠失には対応できな
い。また、この方法でもフレーム間の変更が分かりにく
いという問題点も生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】従来のＤＮＡ配
列、アミノ酸配列の比較検索方法では、ＤＮＡ配列の方
に塩基単位で挿入あるいは欠失が存在した場合には類似
アミノ酸配列を拾ってこないという検索もれをおこす可
能性がある。Ｓｍｉｔｈ−Ｗａｔｅｒｍａｎ法では、Ｄ
ＮＡ配列を考えうる全てのアミノ酸翻訳フレーム６種類
について翻訳し、それぞれに翻訳されたアミノ酸配列を
用いて配列比較を行なうために、非常に計算時間がかか
る上に異なるフレーム間にまたがった場合にうまく類似
部分を特定することが困難である。計算を高速化するた
めに開発された従来方法のひとつであるＢＬＡＳＴＸで
は、確率計算を用いて高速化の実現を行なっているため
にさらに検索もれを起こす可能性がある。本発明は、そ
のようなＤＮＡ配列中に存在する塩基単位の挿入あるい
は欠失を考慮して、なおかつ検索もれの無いＤＮＡ配列
とアミノ酸配列の比較を行なうことが可能とするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、以下の
処理ステップを含むＤＮＡ配列とアミノ酸配列比較方法
にある。〔１〕ＤＮＡ配列を塩基単位の挿入あるいは欠失を考慮
してアミノ酸配列に翻訳するステップ。〔２〕前記ＤＮＡ配列からの翻訳アミノ酸配列と既知ア
ミノ酸配列を挿入あるいは欠失を考慮しつつ配列比較を
行なうステップ。〔３〕比較結果に基づいて、翻訳アミノ酸配列と既知ア
ミノ酸配列の並置結果をＤＮＡ配列とともに表示するス
テップ。

【０００８】即ち、本発明は塩基の挿入あるいは欠失を
含むまたは含まないＤＮＡ配列とアミノ酸配列を直接比
較する比較方法において、前記ＤＮＡ配列を所定の長さ
の塩基群に分割し、分割された塩基群について所定の方
向に塩基をずらしてアミノ酸に翻訳し、そのデーターを
前記アミノ酸配列と比較して並置を行いその結果を表示
することを特徴とするＤＮＡアミノ酸配列比較方法であ
る。

【０００９】更に、本発明は塩基の挿入あるいは欠失を
含むまたは含まないＤＮＡ配列とアミノ酸配列を直接比
較する比較方法において、前記ＤＮＡ配列を所定の長さ
の塩基群に分割し、分割された塩基群について５^'又は
３^'末端から１又は２塩基づつずらしてアミノ酸に翻訳
し、そのデーターを塩基の挿入あるいは欠失を考慮した
あらゆる組み合わせを想定し、最適経路を選ぶ方法によ
り前記アミノ酸配列と比較して並置を行いその結果を表
示することを特徴とするＤＮＡアミノ酸配列比較方法で
ある。

【００１０】更に、本発明はＤＮＡ配列を５^'又は３^'
末端から所定の方向に塩基を順次シフトして、前記塩基
群に分割し、前記ＤＮＡ配列から翻訳された該翻訳アミ
ノ酸配列と比較の対象となる前記アミノ酸配列の間で、
それぞれのアミノ酸について類似度を積算し、その類似
度の積算結果が最大となるように、前記ＤＮＡ配列を所
定の方向に順次シフトし、該翻訳アミノ酸配列を選択す
る事を特徴とする前記ＤＮＡアミノ酸配列比較方法であ
る。

【００１１】更に、本発明はＤＮＡ配列入力手段、前記
アミノ酸配列入力手段、ＤＮＡ配列からアミノ酸配列へ
の翻訳手段、該翻訳アミノ酸配列と比較の対象となる前
記アミノ酸配列の配列比較手段、該配列比較手段中で類
似度を積算する際に参照するスコアテーブル、該翻訳ア
ミノ酸配列と前記アミノ酸配列を並置して前記ＤＮＡ配
列とともに表示する手段を有することを特徴とする前記
ＤＮＡアミノ酸配列比較方法である。

【００１２】更に、本発明は前記ＤＮＡアミノ酸配列比
較方法において、ＤＮＡ配列からアミノ酸配列への翻訳
する方法が、ＤＮＡ配列の５^'又は３^'末端から３文字
単位で１文字ずつずらしながら順次翻訳規則にしたがっ
てアミノ酸配列に翻訳する方法であり、ＤＮＡ配列から
翻訳されたアミノ酸配列と比較の対象となるアミノ酸配
列の配列比較プログラムの類似度を積算する方法が、動
的計画法を用いるものであり該動的計画法演算でマトリ
クスの一方の軸を翻訳アミノ酸配列に他方の軸を比較の
対象となる前記アミノ酸配列に対応させた時に翻訳アミ
ノ酸配列のｉ番目の塩基と比較の対象となる前記アミノ
酸配列のｊ番目のアミノ酸塩基の対の類似度を積算する
際に、前記ＤＮＡ配列中の挿入あるいは欠失が存在する
場合と比較の対象となる前記アミノ酸配列中に挿入ある
いは欠失が存在した場合を考慮して、（１）ｉ−３番目
とｊ−１番目の類似度から積算する場合、（２）ｉ番目
とｊ−１番目の類似度から積算する場合、（３）ｉ−３
番目とｊ番目の類似度から積算する場合、（４）ｉ−４
番目とｊ−１番目の類似度から積算する場合、（５）ｉ
−７番目とｊ−２番目の類似度から積算する場合、
（６）ｉ−２番目とｊ−５番目の類似度から積算する場
合、（７）ｉ−１番目とｊ−５番目の類似度から積算す
る場合の７種類の経路のうちの少なくとも１つの経路を
用いて類似度を積算し、該動的計画法を基に翻訳アミノ
酸配列と比較の対象となる前記アミノ酸配列間の類似度
の積算値と並置を求めることを特徴とする前記ＤＮＡア
ミノ酸配列比較方法である。

【００１３】上記比較の対象となるアミノ酸配列として
は、例えばアミ酸配列データーベースから選択された既
知アミノ酸配列を用いることができる。上記ＤＮＡ配列
としては、例えばＤＮＡデーターベースから選択された
既知ＤＮＡ配列を用いることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

【００１５】

【実施例】本発明の第１の実施例について図３を用いて
説明する。本実施例はディスプレイ３００、キーボード
３０１、中央演算装置ＣＰＵ３０２、主メモリ３０３、
フロッピーディスクドライブ３０４から構成される。主
メモリ３０３には、ＤＮＡ配列からアミノ酸配列への翻
訳プログラム３０５、翻訳アミノ酸配列と既知アミノ酸
配列を比較するプログラム３０６、比較した結果から翻
訳アミノ酸配列と既知アミノ酸配列の並置を表示するプ
ログラム３０７が格納されている。これらのプログラム
はＣＰＵ３０２で実行される。

【００１６】ＤＮＡ配列登録の際には、キーボード３０
１から入力されたコマンドにより、ＣＰＵ３０２がフロ
ッピーディスクドライブ３０４に挿入されるフロッピー
ディスク３０８からＤＮＡ配列を読み取り、ＤＮＡ配列
からアミノ酸配列への翻訳プログラム３０５を実行して
作成された配列を翻訳アミノ酸配列ファイル３０９とし
て格納する。既知アミノ酸配列は、ＤＮＡ配列と同様に
フロッピーディスク３０８から読み込むか、あるいは既
に登録されていたアミノ酸配列データベースから読み込
み、既知アミノ酸配列ファイル３１０として格納する。

【００１７】配列比較の際には、ＣＰＵ３０２が翻訳ア
ミノ酸配列ファイル３０９と既知アミノ酸配列ファイル
３１０から配列を読み込んで、翻訳アミノ酸配列と既知
アミノ酸配列を比較するプログラム３０６を実行する。
更に、実行結果を用いて、翻訳アミノ酸配列と既知アミ
ノ酸配列の並置を表示するプログラム３０７を実行し、
配列比較として出力する。以上が本発明のＤＮＡ配列と
アミノ酸配列の直接比較方法を実現するシステムであ
る。

【００１８】以下に、ＤＮＡ配列に塩基単位の挿入ある
いは欠失が存在することを考慮して、アミノ酸配列に翻
訳するプログラム３０５について説明する。図４に示し
たように、ＤＮＡは３文字単位のコドン毎に１種類のア
ミノ酸にコードされる。コドンは４種類のＤＮＡ塩基が
３つ組み合って決定されるものなので、６４種類のコド
ンがあり得る。ところがアミノ酸は２０種類でしかない
ので、複数のコドンが一つのアミノ酸をコードしている
こととなる。このコドンのアミノ酸へのコード規則、す
なわち、アミノ酸への翻訳規則を示したのが図４であ
る。

【００１９】つぎに、この翻訳規則を用いてＤＮＡ配列
を仮想的にアミノ酸配列に翻訳する。これは、ＤＮＡ配
列とアミノ酸配列を直接比較する際に、まず、ＤＮＡ配
列を計算上仮想的にアミノ酸配列に翻訳し、そのように
して翻訳されたアミノ酸配列と実際のアミノ酸配列とを
比較する方法を用いているからである。従って、図５に
示した方法でＤＮＡ配列をアミノ酸配列に翻訳する。つ
まりＤＮＡ配列の端からコドンを切り出し該当するアミ
ノ酸に翻訳、次に１文字ずらしてコドンを切り出して同
様に該当するアミノ酸に翻訳する。この動作を切り出し
たコドンの最後の文字が、ＤＮＡ配列の最後の文字にな
るまでくり返し、最終的にＤＮＡ配列をアミノ酸配列に
翻訳する。図５の例では、ＤＮＡ配列がＡＴＧＣＡ・・
・ＣＧＡＴなので、まず端から最初のコドンＡＴＧを切
り取り対応するアミノ酸Ｍに翻訳する。翻訳アミノ酸配
列の１文字目はＭとなる。次にＤＮＡ配列から翻訳アミ
ノ酸配列の２文字目に当たるコドンＴＧＣを、前のコド
ン開始位置から１文字ずらして切り出しアミノ酸Ｃに翻
訳する。更にＤＮＡ配列の１文字ずらした位置からコド
ンＧＣＡを切り出しアミノ酸Ａに翻訳する。この動作を
くり返し、ＤＮＡ配列からアミノ酸配列を翻訳する。図
５の例の場合には、翻訳されたアミノ酸配列はＭＣＡ・
・・ＲＤとなる。このＤＮＡ配列からアミノ酸配列への
仮想の翻訳は、通常のＤＮＡ配列からアミノ酸配列に比
較して約３倍量のアミノ酸配列が翻訳されることとな
る。この方法を用いることにより、ＤＮＡ配列は１本の
アミノ酸配列、相補鎖を考慮してもせいぜい２本のアミ
ノ酸配列に翻訳される。このようにして翻訳されたアミ
ノ酸配列と既知アミノ酸配列を、Ｓｍｉｔｈ−Ｗａｔｅ
ｒｍａｎ法をもとにＤＮＡ塩基単位での挿入あるいは欠
失を許容する配列比較方法にて比較する事により、その
配列間の類似度を見る事が出来る。

【００２０】以下に、翻訳アミノ酸配列と既知アミノ酸
配列間の配列比較のプログラム３０６について詳しく説
明する。本発明は、Ｓｍｉｔｈ−Ｗａｔｅｒｍａｎ方法
に基づいた配列比較方法を用いている。図６に示された
アミノ酸同士の対に対するスコア表を用いて、翻訳アミ
ノ酸配列と比較対象となっている既知アミノ酸配列の間
のスコアを算出し、算出されたスコアに応じてその配列
の類似度を類推する方法である。このスコアマトリクス
は、アミノ酸の各組の性質の類似度を考慮して、それぞ
れの組に対してスコアを設定するものである。このマト
リクスの値は、どの位の類似度の配列を検索することに
よって、検索者自身が選択することが可能である。図６
は、いくつか実際に使用されているマトリクスの中で、
blosum62という名前のマトリクスである。

【００２１】次に、本発明における配列比較方法の中心
部分を占めるスコアの算出方法について、図７を用いて
説明する。まず、図７に表わされるように翻訳アミノ酸
配列と既知アミノ酸配列をマトリクス状に配置する。配
置された配列の各要素に対応するアミノ酸同士のスコア
は、図６に示されたスコアマトリクスを参照する。配列
の要素であるアミノ酸を読み進み、挿入あるいは欠失に
対するペナルティを与えながら、スコアを積算していく
事でマトリクス内の升を埋めて行く。しかし、この積算
時に参照するスコアは図７に示された７つの場合から積
算して行く。即ち、図７の（０）の位置のスコアを計算
するには、（１）から（７）の位置のスコアに、（０）
の位置のアミノ酸対のスコアを図６のマトリクスから参
照し加算しまたは適宜に挿入あるいは欠失に対するペナ
ルティスコアを加算して、結果が最大値をとるようなス
コアを選択する。この時、（１）から（７）までのどの
部分のスコアに加算されたのかを記録しておく。図８に
示してあるように、（１）に加算されたスコアが（０）
におけるスコアの最大値である時、この場合は翻訳アミ
ノ酸配列と既知アミノ酸配列のアミノ酸が一致していて
も、不一致であっても対応させる場合である。即ち、翻
訳する前のＤＮＡ配列にも既知アミノ酸配列にも挿入あ
るいは欠失をいれない場合である。（２）に加算された
スコアが最大値となる時は、翻訳アミノ酸配列にアミノ
酸１文字の欠失がある場合、即ち、翻訳する前のＤＮＡ
配列の該当する部分にコドン単位の欠失が存在する場合
である。（３）に加算されたスコアが最大値となる時
は、既知アミノ酸配列に１文字の欠失が存在する場合で
ある。（４）に加算されたスコアが最大値となる時は、
（０）の部分の翻訳アミノ酸に対応するＤＮＡ配列中の
コドンの直前に１塩基の挿入がある場合である。（５）
に加算されたスコアが最大値となる時は、（０）の部分
の翻訳アミノ酸の直前の翻訳アミノ酸に対応するＤＮＡ
配列中のコドンの中に塩基が挿入している場合である。
（６）に加算されたスコアが最大値となる時は、（０）
の部分の翻訳アミノ酸の直前の翻訳アミノ酸に対応する
ＤＮＡ配列中のコドン中の塩基が欠失している場合であ
る。（７）に加算されたスコアが最大値となる時は、
（０）の部分の翻訳アミノ酸の直前の翻訳アミノ酸に対
応するＤＮＡ配列中のコドン単位の挿入とそのコドン中
の塩基が欠失している場合である。以上の７つの場合を
考慮してスコアの計算を行なう。実際のスコア算出方法
に関しては、次に示す。翻訳アミノ酸配列のi番目と既
知アミノ酸配列j番目のスコアs(ij)を求める式s(i,j)
＝max[scoreO,score1,score2,score3,score4,score5,sc
ore6,score6] score O＝score(i,j)＋s(i-1,j-3) score 1＝s(i-1,j)-4 or s(i-1,j)-12 score 2＝s(i,j-3)-4 or s(i,j-3)-12 score 3＝s(i-1,j-4)＋score(i,j)-12 score 4＝s(i-2,j-7)＋score(i,j)-12 score 5＝s(i-2,j-5)＋score(i,j)-12 score 6＝s(i-1,j-7)＋score(i,j)-24 score 7＝s(i-1,j-5)＋score(i,j)-24 score(i,j):i番目の塩基とj番目の塩基対に与えられる
類似度の指標式中の減算されている数字( 例 -4, -12, -24)は挿入・
欠失またはその延長に対して与えられるペナルティスコ
アである。

【００２２】上記で説明した方法に基づき、翻訳アミノ
酸と既知アミノ酸配列とのスコアを算出する。マトリク
スの端でスコアが最大値をとる升を選択し、その最大ス
コアを配列間の類似スコアとし、配列比較の結果を示す
指標とする。このスコアが大きいほどより類似している
ＤＮＡ配列とアミノ酸配列であると言う事が出来る。こ
の結果に基づき、翻訳アミノ酸配列と既知アミノ酸配列
の並置を表示する。

【００２３】以下に、翻訳アミノ酸配列と既知アミノ酸
配列の並置の表示プログラム３０７について、図８を用
いて説明する。上記で説明したように、図７で示された
（１）から（７）のどの部分のスコアを参照してスコア
が算出されたかによって、挿入あるいは欠失の存在する
位置が変化する。翻訳アミノ酸配列と既知アミノ酸配列
がマトリクス状に配置され、各アミノ酸に対応するスコ
アが算出された後、配列の一番端を示すマトリクスの行
および列上でスコアが最大値をとる位置から、その部分
のスコアが図７の（１）から（７）のどの場所から計算
されたかをスコアが０になるまでたどって行く。それぞ
れ（１）から（７）のどの場合でも、図８に対応する並
置例をつなげていく事で、最終的に翻訳アミノ酸配列と
既知アミノ酸配列の並置を求め、表示する。また、アミ
ノ酸は１文字表記の他に３文字表記も一般的になされて
いるので、翻訳アミノ酸配列と既知アミノ酸配列とを１
文字表記で表現するのではなく３文字表記で表示する事
で、翻訳アミノ酸配列とＤＮＡ配列をならべて表示する
事が出来る。この時、ＤＮＡ配列には図７および図８の
規則に従い、挿入あるいは欠失を示す記号を該当箇所に
代入する事で、既知アミノ酸配列とＤＮＡ配列との比較
をより分かりやすく表示する事が可能である。

【００２４】以下、本発明による比較手順を図９に従っ
て、実際のＤＮＡ配列とアミノ酸配列を用いて説明す
る。図９中の９０１に示したように、ＤＮＡ配列をａｇ
ｃｔｔｇｃｃａａｃｔとする。図５中で説明した手順に
従い、すなわち、ＤＮＡ配列の片方の端から１文字づつ
ずらしながらコドン単位でアミノ酸に翻訳する。コドン
がアミノ酸に翻訳される規則は図４に示されている。こ
の規則を用いて上記ａｇｃｔｔｇｃｃａａｃｔというＤ
ＮＡ配列は、図９の９０２に示したようにまず１番端の
コドンａｇｃがアミノ酸Ｓｅｒ（１文字表記ではＳ）に
翻訳され、次にｇｃｔがアミノ酸Ａｌａ（Ａ）に翻訳さ
れる。このように１文字づつずらしながらコドン単位で
アミノ酸に翻訳していくという操作を繰り返し、上記Ｄ
ＮＡ配列は図９中９０３のアミノ酸配列ＳＡＬＬＣＡＰ
ＱＮＴに翻訳される。この９０３のアミノ酸配列を比較
対象となるアミノ酸配列と区別するために翻訳アミノ酸
配列と呼ぶことにする。次にこの様にして作成された翻
訳アミノ酸配列と、データベース中などの既知のアミノ
酸配列との比較方法を説明する。翻訳アミノ酸配列９０
３を既知アミノ酸配列９０４と比較する場合を例にとっ
て説明する。図９中９０４の既知アミノ酸配列ＳＡＲＡ
ＰＱＲＤＴと９０３の翻訳アミノ酸配列ＳＡＬＬＣＡＰ
ＱＮＴを比較する場合には以下の手順に従う。まず、９
０５に示すように翻訳アミノ酸配列を垂直方向、既知ア
ミノ酸配列を水平方向に配置したマトリクスを考える。
基本的な配列比較の方法は、この様にして作成されたマ
トリクス内の全てのマスにおける類似度の基準となるス
コアを算出し、その最大スコアによって、類似している
かしていないかの判別を行う。スコアの算出方法を説明
する。図６に示されたようにそれぞれのアミノ酸対に
は、類似度の指標であるスコアが与えられる。このスコ
ア体系は、求める進化上の距離に応じて選択することが
できるが、ここでは図６に示したスコアマトリクスＢｌ
ｏｓｕｍ６２を用いる。マトリスク上の各マスにおける
スコアは図７に示したように基本的には既に計算して求
められた７つのマスのスコアから算出し、その最大値を
選択することによって、該当するマスにおけるスコアを
計算する。まず、一番上の行のスコアを計算する。この
行は、翻訳アミノ酸配列の一番最初のアミノ酸であるＳ
と、水平方向に配置された既知のアミノ酸配列９０４の
ＳＡＲＡＰＱＲＤＴとの間のスコアを算出する。スコア
は図に示された７つのマスのスコアから算出されるが、
この行のように７つのマスのスコアがまだ計算されてい
ない場合には、スコアの初期値は０として計算を行う。
まず、２つの比較する配列９０３と９０４の一番最初の
アミノ酸ＳとＳの対に与えられる値は、図６のスコアマ
トリクスを参照して４であることが分かる。従って、こ
の４という値を図７に示された７つのマスのスコアに加
算して、それぞれに得られた値のうち最大値をスコアと
する。そのため、図９中の９０５のマトリクスの１行目
の最初のマス９０６のスコアは４となる。次に、翻訳ア
ミノ酸配列９０３中の１番目のアミノ酸Ｓと既知のアミ
ノ酸配列９０４中の２番目のアミノ酸Ａとの比較スコ
ア、すなわち、９０５のマトリクス内の１行２列目のマ
ス９０７に該当するスコアを算出する。このマス９０７
のスコアは図に示された７つのマスのスコアに、アミノ
酸ＳとＡの対に与えられる値１を加算し、その最大値を
選択することで求める。ここで、図７に示された７つの
マスのうち、（２）に対応するマス９０６以外はスコア
が求められていない。従って、このマスのスコアは
（２）に対応するマス９０６、すなわち翻訳アミノ酸配
列９０３の１番目のアミノ酸Ｓと既知のアミノ酸配列９
０４の１番目のアミノ酸Ｓとの比較で算出されたスコア
４に、アミノ酸ＳとＡの対に対するスコア１を加算して
５という値を得、その値が他の場合から算出される１と
いう値よりも大きいので、このマス９０７におけるスコ
アは５となる。マトリクス９０５の１行目は図７におけ
る（２）に対応するマスの値のみを参照して、スコアを
算出することになるが、以下、行を重ねるに従って図７
に示された７つのマスのスコアを参照して、スコア計算
を行うこととなる。この操作を繰り返して、それぞれの
マスに対応するスコアを算出する。マトリクス９０５の
マスのスコアを全て計算しものが９０８である。マトリ
クス９０８の各マス内の円で囲まれた数字がそのマスに
おけるスコアであり、左上にある数字は、そのマスにお
けるスコアが図７の（１）から（７）までのどのマスの
スコアから算出されたかを示す数字である。そして９０
８のマトリクス上の１番端の行及び列上において最大値
を探しその値を翻訳アミノ酸配列９０３と既知のアミノ
酸配列９０４の配列比較におけるスコアとなる。このス
コアの大小によって、既知のアミノ酸配列９０４が翻訳
アミノ酸配列９０３に類似しているか否かを判断する基
準とする。この例の場合では、マトリクス９０８の垂直
成分に当たる翻訳アミノ酸配列９０３の最後のアミノ酸
Ｔの行と、水平成分に当たる既知のアミノ酸配列９０４
の最後のアミノ酸Ｔの列における最大スコアをこの配列
比較に対するスコアとする。次に、このスコアの計算結
果から翻訳アミノ酸配列９０３と既知のアミノ酸配列９
０４の間の並置を求める手順を説明する。並置は、比較
が行われた配列間で、配列のどの部分がどのように類似
しているかを表示する方法である。並置は最大スコアに
対応するマスから、図７の（１）から（７）のどのマス
からそのスコアが算出されたかをたどり、（１）から
（７）の経路に従って図８のような並置例を繋げていく
事によって求められる。この例の場合には、まずマトリ
クス９０８の最大スコアをとるマス９０９からたどって
いくこととなる。マス９０９のスコアは、図７における
（２）にあたるマス９１０から計算されているので、９
０９から９１０へと並置経路をたどる。マス９１０のス
コアも同様に図７の（２）にあたるマスから計算されて
いるので、マス９１１に並置経路をたどる。マス９１１
のスコアは、図７の（１）にあたるマス９１２から計算
されているので、並置経路は９１１から９１２に飛ぶこ
とになる。このような手順をくり返し、配列を比較した
結果の並置経路を求めることが出来る。求められた並置
経路に対して、それぞれのマスのスコアが図の（１）か
ら（７）のいずれかのマスのスコアから計算されたかに
従って、図８の並置例に従い、並置結果を表示すること
が出来る。従って、翻訳アミノ酸配列９０３、すなわち
ＤＮＡ配列９０１と、既知のアミノ酸配列９０４の比較
結果としての並置の表示は、９１３に示したようにな
る。図９で説明に用いた例は、配列が非常に短いため
に、挿入・欠失に対するペナルティを考慮して計算する
と、スコア自身が非常に小さな値になってしまい、検索
が出来なくなる。そのため、ここでは配列比較方法の原
理を説明するために、挿入・欠失に対するペナルティは
考慮しなかったが、実際の検索の時には、〔数１〕に表
わされるようなペナルティを導入して、スコア計算を行
っている。これはもし、挿入・欠失に対してペナルティ
を導入しないと、無制限に挿入・欠失をいれてしまうこ
とで、実際には類似していない配列を検索で拾ってきて
しまうためである。

【００２５】次に上記で説明された本発明の配列比較方
法を用いた検索について述べる。本配列比較方法におい
て、実際に配列をもちいた比較を行なう。以下、アミノ
酸配列データベースとして、ＰＩＲ（Ｒｅｌｅａｓｅ３
４）の中でｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙ分類の記載のあるデ
ータｐｉｒ１．ｓｅｑ（配列数１０５５０、アミノ酸塩
基数３５９１３７０）を利用した。前記既知アミノ酸配
列は、アミノ酸配列データベース中に登録されている配
列とし、データベース中に含まれているアミノ酸配列の
うち実際に翻訳される部分のＤＮＡ配列が分かっている
ＤＮＡ配列に、配列塩基長の３％にあたる数の塩基の挿
入あるいは欠失を生じさせたものをキーＤＮＡ配列とし
て利用した。この値は、実際に解析されたばかりの配列
には最悪の場合に３％程の誤りが含まれることを考慮し
て設定した。従来方法との比較方法としては、元のＤＮ
Ａ配列に対応するアミノ酸配列と類似していると分類さ
れている同じｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙのメンバーをいか
に検索で拾ってこれるか否か、または欠失等を生じさせ
る以前のＤＮＡ配列からの翻訳アミノ酸配列に対して、
正しい位置に挿入あるいは欠失を考慮してその並置を求
める事が出来るかを評価した。図１０は、従来方法との
比較、即ち、どれだけ同じｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙのメ
ンバーを認識できるかを示したグラフである。縦軸に実
際に検索で拾ってきたｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙのメン
バー数を示しており、横軸には検索で拾ってきたすべて
の配列数を示している。この結果、配列長の３％の挿入
あるいは欠失が存在した場合でも、本発明では従来法よ
りも効率的に類似したアミノ酸配列を拾ってきている事
が分かる。また、図１１には、実際に検索を行った並置
結果を示している。１行目が既知アミノ酸配列、２行目
にはアミノ酸の一致あるいは不一致等をあらわす記号、
３行目には翻訳アミノ酸配列、４行目にはＤＮＡ配列を
配置している。各配列中に現れる記号「−」は挿入ある
いは欠失がその位置に存在し、該当する塩基が無い事を
表わしている。図１１で示されたように、ＤＮＡ配列中
に挿入あるいは欠失が存在している場合でも考慮して検
索を行っている事が分かる。図１０及び図１１に示され
た結果より、本発明によるＤＮＡ配列とアミノ酸配列の
比較方法は、類似しているアミノ酸配列を従来方法より
も正確に検索できる事が分かる。

【００２６】

【発明の効果】本発明により、新たに決定されたＤＮＡ
配列に対して、塩基単位の挿入あるいは欠失を考慮して
アミノ酸配列と配列比較を行うことができる。その結
果、生体中の機能の解明されているアミノ酸配列に類似
しているＤＮＡ配列を見つけ、その類似部分を並置結果
として表示することが出来るために、ＤＮＡ配列の持つ
機能を類推する事が容易になる。

【００２７】

【配列表】

配列番号：１配列の長さ：232 配列の型：核酸鎖の数：一本鎖トポロジー：直鎖状配列の種類：mRNA 配列の特徴：ＨＵＭＲＯＳＭＣＦトランスメンブラン・プロテインキナーゼの３^,末端を
コードするヒトmcf3( 再配列 ros1)プロト- オンコージ
ンmRNA 配列：

【００２８】

【００２９】配列番号：２配列の長さ：７９配列の型：アミノ酸鎖の数：一本鎖トポロジー：直鎖状配列の種類：ペプチド配列の特徴：ＴＶＨＵＲＴ # タイププロテイン( 断
片)プロテインチロシンキナーゼmcf3( 活性型 ros-1)
ヒト断片# ＥＣ-No 2.7.1.112 配列：

【００３０】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来方法におけるＤＮＡ配列からアミノ酸配列
への翻訳フレームを示す図。

【図２】Ｓｍｉｔｈ−Ｗａｔｅｒｍａｎ法での配列比較
を行なう際のスコアの算出経路を示す図。

【図３】本発明の配列比較方法を適用する配列比較装置
の構成を示す図。

【図４】コドンとアミノ酸の対応表を示す図。

【図５】本発明におけるＤＮＡ配列からアミノ酸配列へ
の翻訳方法を示す図。

【図６】アミノ酸同士の対に与えられるスコアの一例を
示す図。

【図７】本発明におけるスコア算出時の参照位置を示す
図。

【図８】本発明における各スコア参照位置からの経路に
対して与えられる並置例を示す図。

【図９】実例を用いた本発明の配列比較の説明図。

【図１０】従来方法との配列比較結果の評価を示す図。

【図１１】本発明における配列比較の並置結果を示す
図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】塩基の挿入あるいは欠失を含むまたは含
まないＤＮＡ配列とアミノ酸配列を直接比較する比較方
法において、前記ＤＮＡ配列を所定の長さの塩基群に分
割し、分割された塩基群について所定の方向に塩基をず
らしてアミノ酸に翻訳し、そのデーターを前記アミノ酸
配列と比較して並置を行いその結果を表示することを特
徴とするＤＮＡアミノ酸配列比較方法。
【請求項２】塩基の挿入あるいは欠失を含むまたは含
まないＤＮＡ配列とアミノ酸配列を直接比較する比較方
法において、前記ＤＮＡ配列を所定の長さの塩基群に分
割し、分割された塩基群について５^'又は３^'末端から
１又は２塩基づつずらしてアミノ酸に翻訳し、そのデー
ターを塩基の挿入あるいは欠失を考慮したあらゆる組み
合わせを想定し、最適経路を選ぶ方法により前記アミノ
酸配列と比較して並置を行いその結果を表示することを
特徴とする請求項１記載のＤＮＡアミノ酸配列比較方
法。
【請求項３】ＤＮＡ配列を５^'又は３^'末端から所定
の方向に塩基を順次シフトして、前記塩基群に分割し、
分割されたＤＮＡ配列から翻訳されたアミノ酸配列と比
較の対象となるアミノ酸配列の間で、それぞれのアミノ
酸について類似度を積算し、その類似度の積算結果が最
大となるように、前記ＤＮＡ配列を所定の方向に順次シ
フトし、翻訳アミノ酸配列を選択することを特徴とする
請求項１又は２に記載のＤＮＡアミノ酸配列比較方法。
【請求項４】ＤＮＡ配列入力手段、前記アミノ酸配列
入力手段、ＤＮＡ配列からアミノ酸配列への翻訳手段、
該翻訳アミノ酸配列と比較の対象となる前記アミノ酸配
列の配列比較手段、該配列比較手段中で類似度を積算す
る際に参照するスコアテーブル、該翻訳アミノ酸配列と
前記アミノ酸配列を並置して前記ＤＮＡ配列とともに表
示する手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の
いずれかの項に記載のＤＮＡアミノ酸配列比較方法。
【請求項５】請求項３に記載のＤＮＡアミノ酸配列比
較方法において、ＤＮＡ配列からアミノ酸配列への翻訳
する方法が、ＤＮＡ配列の５^'又は３^'末端から３文字
単位で１文字ずつずらしながら順次翻訳規則にしたがっ
てアミノ酸配列に翻訳する方法であり、ＤＮＡ配列から
翻訳されたアミノ酸配列と比較の対象となるアミノ酸配
列の配列比較プログラムの類似度を積算する方法が、動
的計画法を用いるものであり該動的計画法演算でマトリ
クスの一方の軸を翻訳アミノ酸配列に他方の軸を比較の
対象となる前記アミノ酸配列に対応させた時に翻訳アミ
ノ酸配列のｉ番目の塩基と比較の対象となる前記アミノ
酸配列のｊ番目のアミノ酸塩基の対の類似度を積算する
際に、前記ＤＮＡ配列中の挿入あるいは欠失が存在する
場合と比較の対象となる前記アミノ酸配列中に挿入ある
いは欠失が存在した場合を考慮して、（１）ｉ−３番目
とｊ−１番目の類似度から積算する場合、（２）ｉ番目
とｊ−１番目の類似度から積算する場合、（３）ｉ−３
番目とｊ番目の類似度から積算する場合、（４）ｉ−４
番目とｊ−１番目の類似度から積算する場合、（５）ｉ
−７番目とｊ−２番目の類似度から積算する場合、
（６）ｉ−２番目とｊ−５番目の類似度から積算する場
合、（７）ｉ−１番目とｊ−５番目の類似度から積算す
る場合の７種類の経路のうちの少なくとも１つの経路を
用いて類似度を積算し、該動的計画法を基に翻訳アミノ
酸配列と比較の対象となる前記アミノ酸配列間の類似度
の積算値と並置を求めることを特徴とするＤＮＡアミノ
酸配列比較方法。
【請求項６】比較の対象となる前記アミノ酸配列が既
知アミノ酸配列であることを特徴とする請求項１乃至５
のいずれかの項に記載のＤＮＡアミノ酸配列比較方法。
【請求項７】前記ＤＮＡ配列が既知ＤＮＡ配列である
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載
のＤＮＡアミノ酸配列比較方法。