蛋白質分子表面の形状と物性の類似性検索による機能予測法の開発

• Project/Area Number: 15710150
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied genomics
• Research Institution: The University of Tokyo (2004-2005); Yokohama City University (2003)
• Principal Investigator: 木下 賢吾 東京大学, 医科学研究所, 助教授 (60332293)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2004: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2003: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: タンパク質 / 立体構造 / 分子表面 / リガンド結合部位 / タンパク質間相互作用 / 静電ポテンシャル / X線結晶構造解析 / 機能部位予測 / 立体構造・機能相関 / バイオインフォマティクス / 立体構造-機能相関

Research Abstract

今年度は高分子リガンド(タンパク質)を主な対象とした機能予測法の開発を行ってきた。この目的のためにまず、蛋白質相互作用面データベースの構築が必要であるが、X線結晶解析による複合体構造では、生理条件下の構造をとらえたものと、クリスタルパッキングによるアーティファクトが混在している。これらの特徴を捉え、自動的に生物学的に重要な相互作用面を同定する手法を開発するために、最初に生物学的な相互作用によって形成されている重複のない374ホモ相互作用面を、SCOPデータベースを用いて同定した。その後、特徴を抽出するために、これらの相互作用面を形成する2蛋白質間の回転対称に従って、ダイマー型、サイクリックオリゴマー型、巻き付き型の3タイプに分類した。さらにダイマー型に関しては、対称軸に対する相互作用面の広がり方向から、並行型、垂直型、均等型に分類を行った。そして、5タイプの型ごとに相互作用面における物性(静電ポテンシャル、疎水性度)と形状の相補性に関して解析を行ったところ、構造的分類と相互作用の特徴との間に、「並行型ダイマーは、疎水性相互作用が強く、一方、垂直型ダイマーは静電的相互作用が優先的である」及び「巻き付き型では疎水性相互作用と形状の相補性が強い」という傾向を見出すことができた。現在細かい点の詰めと論文としてまとめる準備をしている。
また、ここで得られた相補性の解析手法を利用して、生物学的に意味のある面と結晶学的な面を区別する手法を開発し、ウェブサーバとして公開を開始した。

Research Products

• [Journal Article] Identification of the ligand binding sites on the molecular surface of proteins (2005)
  • Author(s): Kinoshita, K., Nakamura, H.
  • Journal Title: Protein Sci. 14 Pages: 711-718
• [Journal Article] PreDs : a server for predicting dsDNA-binding site on protein molecular surfaces (2005)
  • Author(s): Tsuchiya, Y., Kinoshita, K, Nakamura, H.
  • Journal Title: Bioinformatics 21 Pages: 1721-1723
• [Journal Article] P-cats : prediction of catalytic residues in proteins from their tertiary structures (2005)
  • Author(s): Kinoshita, K., Ota, M.
  • Journal Title: Bioinformatics 21 Pages: 3570-3571
• [Journal Article] PreDs : a server for predicting dsDNA-binding site on protein molecular surfaces. (2005)
  • Author(s): Tsuchiya Y, Kinoshita K, Nakamura H
  • Journal Title: Bioinformatics (In press)
• [Journal Article] Identification of the ligand binding sites on the molecular surface of proteins (2005)
  • Author(s): Kinoshita K, Nakamura H
  • Journal Title: Protein Science 14 Pages: 711-718
• [Journal Article] Structure-based prediction of DNA-binding sites on proteins using the empirical preference of electrostatic potential and the shape of molecular surfaces (2004)
  • Author(s): Tsuchiya Y, Kinoshita K, Nakamura H
  • Journal Title: Proteins : Struct.Funct.Bioinformatics 55 Pages: 885-894
• [Journal Article] Solution structure of the RWD domain of the mouse GCN2 protein (2004)
  • Author(s): Nameki N, et al.
  • Journal Title: Protein Science 13 Pages: 2089-2100
• [Journal Article] タンパク質の表面物性の類似性にもとづく機能予測 (2004)
  • Author(s): 木下賢吾
  • Journal Title: 生物物理 44 Pages: 150-154
• [Publications] Ryotaro Koike, Kengo Kinoshita, Akinori Kidera: "Probabilistic description of protein alignments for sequences and structures"Proteins : Struct.Funct.Genetics. (2003)
• [Publications] Kengo Kinoshita, Haruki Nakamura: "eF-site and PDBjViewer : Database and viewer for protein functional sites."Bioinformatics. (2003)
• [Publications] Keiko Matsuda, Takaaki Nishioka, Kengo Kinoshita, Takeshi Kawabata, Nobuhiro Go: "Finding evolutionary relations beyond superfamilies : Fold-based superfamilies."Protein Science. 12. 2239-2251 (2003)
• [Publications] Kengo, Kinoshita, Haruki Nakamura: "Identification of protein biochemical functions by similarity search using the molecular surface database, eF-site."Protein Science. 12. 1589-1595 (2003)
• [Publications] Noriko Handa, Takaho Terada, Yuki Kamewari, Hiroaki Hamana, Jeremy R.H.Tame, Sam-tong Park, Kengo Kinoshita, Motonori Ota, Haruki Nakamura, Seiki Kuramitsu, Mikako Shirouzu, Shigeyuki Yokoyama: "Crystal structure of the conserved protein TT1542 from Thermus thermophilus HB8."Protein Science. 12. 1621-1632 (2003)
• [Publications] Kengo Kinoshita, Haruki Nakamura: "Protein informatics towards function identification."Curr.Opin.Struct.Biol.. 13. 396-400 (2003)
• [Publications] Motonori Ota, Kengo Kinoshita, Ken Nishikawa.: "Prediction of catalytic residues in enzymes based on known tertiary structure, stability profile, and sequence conservation."J Mol Biol. 327. 1053-1064 (2003)
• [Publications] Ryotaro Koike, Kengo Kinoshita, Akinori Kidera: "Ring and zipper formation is the key to understanding the structural variety in all-beta proteins"FEBS Lett.. 533. 9-13 (2003)