蛋白質のアミノ酸配列から構造そして機能の予測へ向けて;配列と構造間のアライメント

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680651
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 宮澤 三造 群馬大学, 工学部, 助教授 (60190774)
• Keywords: 統計ポテンシャル / タンパク質逆フォールディング / タンパク質フォールディング認識 / タンパク質類似性検索 / タンパク質配列アライメント / タンパク質配列・構造アライメント / タンパク質構造予測 / 構造ゲノム学

Research Abstract

配列と構造間の適合度を評価するための残基の挿入欠失を許すアライメント作成のアルゴリズムを開発し、配列比較では同定できないような遠縁の蛋白質間の類似性検出に関し、既知の立体構造データにおけるアミノ酸残基の統計分布から評価したアミノ酸残基間の経験的相互作用ポテンシャルの適合度評価関数としての有効性を確認した。
この評価関数は2体ポテンシャルを含むため、エネルギー最小のアライメントはNP完全の問題となる。我々は、2体ポテンシャルを平均場近似により残基毎のアライメント(対合)確率から評価し、繰り返し法によりself-consistentな残基毎の対合確率を転移行列法により計算した。そのようにして評価した2体ポテンシャルの下、エネルギー最小のアライメントと対合確率の順に残基を対合する確率アライメントの2つの方法によりアライメントを計算した。残基の挿入欠失のためのペナルティは、立体構造上内側の座位程挿入欠失が生じにくいよう設定した。
SCOP蛋白質構造分類データベースに含まれる類似蛋白質対と非類似蛋白質対を用い類似性検出能力を評価したところ、平均的には配列比較と同程度であるが、配列比較では同定できない類似蛋白質対を多数検出できることから、配列比較と相補的に使用できることが明らかになった。また、確率アライメントにおいて、高い対合確率を持つ残基対はより類似した構造部分に対応することが示唆された。このような特性を持つ確率アライメントは、エネルギー最小/適合度最大のアライメントに比べ、アライメントの信頼度(対合確率)を明示するので、ホモロジー構造予測において特に有用である。一方、1次配列上で隔たった残基間の相互作用はフォールドの認識に,2次構造ポテンシャルは正確な残基対合を得る上で欠かせないことが示唆された。今後、配列と構造間の適合性評価能力について詳しい検証をする計画である。

Research Products

• [Publications] Miyazawa, S.: "Identifying sequence-structure pairs undetected by sequence alignments."Protein Engineering. 13. 459-475 (2000)
• [Publications] Miyazawa,S.: "Protein sequence-structure alignment based on site-alignment probabilities."Genome Informatics. 11. 141-150 (2000)