インフルエンザウイルスの抗原変異予測のためのパターン発見手法に関する研究

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19300041
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 伊藤 公人 Hokkaido University, 人獣共通感染症リサーチセンター, 准教授 (60396314)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高田 礼人 北海道大学, 人獣共通感染症リサーチセンター, 教授 (10292062) ; 湊 真一 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (10374612)
• Keywords: パターン発見 / アルゴリズム / 生体生命情報学 / インフルエンザウイルス / 感染症

Research Abstract

本研究では、過去に流行したインフルエンザウイルスのアミノ酸配列データを大規模に解析し、パターンを発見することにより将来の抗原変異を予測する手法を開発することを目的とする。
A香港型ウイルス(H3N2)の流行におけるHAの継時的変化を把握するために、多次元尺度構成法(MDS)を用いて、H3N2亜型ウイルスのHA1領域のアミノ酸配列2450本を解析し、HAの進化を表す三次元地図を構築した。構築した三次元地図に基づき、異なる年代のHA間の相対的な距離に関する規則性を探索した。また、相対的な距離を利用して翌年のアミノ酸置換を予測する試験を行い、予測の精度を検証した。
MDS解析の結果、H3N2亜型ウイルスのHAは一定の曲率をもつ曲線上を進化していることが判明した。MDS空間における曲線上の進化は、同じの位置のアミノ酸が複数回置換していることを意味する。また、曲率が一定であることから、異なる年代のHA間の相対的な距離に規則性があることが示唆された。HAアミノ酸配列の各位置における置換頻度がガンマ分布に従うと仮定すると、この相対的な距離をよく回帰できることが判明した。回帰から得られたガンマ分布のパラメータを利用し、過去10年に溯ってそれぞれ翌年のアミノ酸置換を予測する試験を行った。1997年から2007年の各年に対し、HAアミノ酸配列から翌年のアミノ酸置換を予測し、実際に起こったアミノ酸置換と予測結果を比較したところ、本手法は再現率=67%、適合率=46%で翌年のアミノ酸置換を予測することが判明した。この結果、サーベイランスで得られるHAの遺伝子情報から、翌年の抗原変異株が持つアミノ酸置換を比較的高い精度で予測できることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Predicting the antigenic Structure of the Pandemic(H1N1)2009 Influenza Virus Hemagglutinin (2010)
  • Author(s): Igarashi M, Ito K, Yoshida R, Tomabechi D, Kida H, Takada A
  • Journal Title: PLoS ONE 5 Pages: e8553
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovering networks for global propagation of influenza a(H3N2)viruses by clustering (2009)
  • Author(s): Sata K, Hirata K, Ito K, Kuboyama T
  • Journal Title: Lect.Notes Comput.Sc. 5712 Pages: 490-497
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of H3N6 avian influenza virus isolated from a wild white pelican in Zambia (2009)
  • Author(s): Simulundu E, Mweene AS, Tomabechi D, Hang'ombe BM, Ishii A, Suzuki Y, Nakamura I, Sawa H, Sugimoto C, Ito K, Kida H, Saiwana L, Takada A
  • Journal Title: Arch Virol. 154 Pages: 1517-1522
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Inference of geographic transmission probability of influenza viruses from a large phylogenetic tree (2009)
  • Author(s): Yanagihashi F, Ito K, Arimura H
  • Organizer: The 20th International Conference on Genome Informatics GIW2009
  • Place of Presentation: PACIFICO YOKOHAMA, Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2009-12-15
• [Presentation] インフルエンザウイルスのヘマグルチニンのMDS解析と変異予測への応用 (2009)
  • Author(s): 伊藤公人, 五十嵐学, 村上悌治, 喜田宏, 高田礼人
  • Organizer: 第57回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 都市センターホテル(東京)
  • Year and Date: 2009-10-26
• [Presentation] ホモロジーモデリング法による新型H1N1インフルエンザウイルスのヘマグルチニンの抗原構造の解析 (2009)
  • Author(s): 五十嵐学, 伊藤公人, 吉田玲子, 喜田宏, 高田礼人
  • Organizer: 第57回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 都市センターホテル(東京)
  • Year and Date: 2009-10-26
• [Presentation] 愛知県でウズラから分離されたH7N6亜型鳥インフルエンザウイルスの遺伝子解析 (2009)
  • Author(s): 内田裕子, 真瀬昌司, 竹前喜洋, 廣本靖明, 五十嵐学, 伊藤公人, 高田礼人, 西藤岳彦, 津田知幸, 山口成夫
  • Organizer: 第57回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 都市センターホテル(東京)
  • Year and Date: 2009-10-26
• [Presentation] Clustering the normalized compression distance for virus data (2009)
  • Author(s): Ito K, Zeugmann T, Zhu Y
  • Organizer: The Sixth Workshop on Learning with Logics and Logics for Learning(LLLL 2009)
  • Place of Presentation: Kyodai Kaikan, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2009-06-06