データベースを有効活用した学習型ＮＭＲシグナル自動解析システムの開発

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22570116
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小林 直宏 大阪大学, たんぱく質研究所, 研究員 (80272160)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2013-03-31
• Keywords: NMR / データベース / シグナル帰属 / 自動化 / 機械学習

Research Abstract

タンパク質の核磁気共鳴（ＮＭＲ）による解析は生体高分子の３次元構造に関する情報に加え、リガンド相互作用、動的ゆらぎ状態など創薬に関する重要な情報を与える。本研究課題では研究代表者が既に完成している汎用的なサブルーチン群を用いることでＮＭＲシグナルの解析を全自動化する以下のプログラム群を開発する：１．ホモロジーモデリングを統合的に実行する model_robot、２．推定構造からの化学シフトを予測させるプログラムの出力プログラム shift_robot、３．NMRデータからのシグナルを自動検出させる spec_robot、４．アニーリングによる連鎖帰属を実現する anneal_robot、５．磁化移動グラフを自動構築する graph_robot、６．１～５のプログラム群が入出力するパラメータを自動学習によりコントロールさせる par_robot。これらのプログラム群はシグナル自動帰属プラグインとしてパッケージ化され、研究代表者がすでに開発している統合解析プラットフォームであるMagRO-NMRViewに搭載させた。当初の目標としていた全自動的なNMRシグナルの検出、化学シフト推定、NMR主鎖シグナルの連鎖帰属を実用的な精度で実行できる性能を実現した。また当初はプログラム群の一部をCUDAを用いたGPGPU計算による最適化を行う予定であったが、近年のCPUの進歩に伴い、マルチコアCPUを用いるコンパイル時の最適化による高速化で十分なパフォーマンスを発揮できることを確認した。最終的には本研究課題の研究開発過程で、NMR構造と化学シフト値との整合性について、およびNMR構造の重ね合わせ自動化について２報の論文を国際誌に発表できた。開発されたプログラムはすでに大阪大学蛋白質研究所のホームページよりデモバージョンを公開し、開発内容の詳細についても国際誌への投稿を予定している。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A robust method for quantitative identification of ordered cores in an ensemble of biomolecular structures by non-linear multi-dimensional scaling using inter-atomic distance variance matrix. (2014)
  • Author(s): Naohiro Kobayashi
  • Journal Title: J. Biomol. NMR Volume: 58 Pages: 61-67
  • DOI: 10.1007/s10858-013-9805-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 1H, 13C, and 15N resonance assignments of the dsRBDs of mouse RNA helicase A. (2013)
  • Author(s): Takashi Nagata T, Kengo Tsuda, Naohiro Kobayashi, Peter Guntert, Shigeyuki Yokoyama, and Yutaka Muto
  • Journal Title: Biomolecular NMR Assignment Volume: 7 Pages: 69-72
  • DOI: 10.1007/s12104-012-9380-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ビッグデータ時代の生体高分子ＮＭＲデータベース、BioMagResBank (BMRB) その有効利用とわが国における現状 (2013)
  • Author(s): 小林直宏
  • Journal Title: 日本核磁気共鳴学会機関誌 Volume: 4 Pages: 121-124
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution structure of the splicing factor motif of the human Prp18 protein. (2012)
  • Author(s): FaHu He, Makoto Inoue, Takanori Kigawa, Mari Takahashi, Kanako Kuwasako, Kengo Tsuda, Naohiro Kobayashi, Takako Terada, Mikako Shirouzu, Peter Güntert, Shigeyuki Yokoyama, and Yutaka Muto
  • Journal Title: Proteins Volume: 80 Pages: 968-974
  • DOI: 10.1002/prot.24003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure of Musashi1 in a complex with target RNA: the role of aromatic stacking interactions (2012)
  • Author(s): Takako Ohyama, Takashi Nagata, Kengo Tsuda, Naohiro Kobayashi, Takako Imai, Hideyuki Okano, Toshio Yamazaki, and Masato Katahira
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 40 Pages: 3218-3231
  • DOI: 10.1093/nar/gkr1139
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution structures of the double-stranded RNA-binding domains from rna helicase A. (2012)
  • Author(s): Takashi Nagata, Kengo Tsuda, Naohiro Kobayashi, Mikako Shirouzu, Takanori Kigawa, Peter Guntert, Shigeyuki Yokoyama, and Yutaka Muto
  • Journal Title: Proteins Volume: 80 Pages: 1699-1706
  • DOI: 10.1002/prot.24059
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NMR study of xenotropic murine leukemia virus-related virus protease in a complex with amprenavir. (2012)
  • Author(s): Ayako Furukawa, Hideyasu Okamura, Ryo Morishita, Satoko Matsunaga, Naohiro Kobayashi, Takahisa Ikegami, Tsutomu Kodaki, Akifumi Takaori-Kondo, Ryo Akihide, Takashi Nagata, Masato Katahira
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 24 Pages: 284-289
  • DOI: 10.1016/j.bbrc. 2012.07.083
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An automated system designed for large scale NMR data deposition and annotation: Application to over 600 assigned chemical shift data entries to the BioMagResBank from the RIKEN Structural Genomics/Proteomics Initiative internal database. (2012)
  • Author(s): Naohiro Kobayashi, Yoko Harano, Naoya Tochio, Eiichi Nakatani, Takanori Kigawa, Shigeyuki Yokoyama, Steven Mading, Eldon L. Ulrich, John L. Markley, Hideo Akutsu and Toshimichi Fujiwara
  • Journal Title: J. Biomol. NMR Volume: 53 Pages: 311-320
  • DOI: 10.1007/s10858-012-9641-6.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural insight into the interaction of ADP-ribose with the PARP WWE domains. (2012)
  • Author(s): Fahu He, Kengo Tsuda, Mari Takahashi, Keiko Kuwasako, Takako Terada, Mikako Shirouzu, Satoru Watanabe, Takanori Kigawa, Naohiro Kobayashi, Peter Guntert, Shigeyuki Yokoyama, Yutaka Muto
  • Journal Title: FEBS Lett. Volume: 586 Pages: 3858-3864
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2012.09.009.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] IVV法により取得した高選択的MDM2結合ペプチドによる MDM2: p53結合阻害の構造基盤 (2013)
  • Author(s): 永田 崇，白川貴恵，小林直宏，始平堂弘和，片平正人，堀澤健一，土居信英，柳川弘志
  • Organizer: 第52回NMR討論会
  • Place of Presentation: 金沢市
  • Year and Date: 20131112-20131112
• [Presentation] 転写因子AML1に対して複数の結合部位を持つ高親和性RNAアプタマーの解析 (2013)
  • Author(s): 天野亮,野村祐介,永田崇,小林直宏,森瑶子,福永淳一,田中陽一郎,片平正人,中村義一,神津知子,坂本泰一
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸市
  • Year and Date: 2013-12-06
• [Presentation] Multi-site binding of high affinity aptamer against AML1 Runt domain (2013)
  • Author(s): 天野亮,野村祐介,永田崇,小林直宏,森瑶子,福永淳一,田中陽一郎,片平正人,中村義一,神津知子,坂本泰一
  • Organizer: 第40回国際核酸化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2013-12-03
• [Presentation] (2013)
  • Author(s): Naohiro Kobayashi
  • Organizer: International Conference on Structural Genomics 2013
  • Place of Presentation: 札幌市
  • Year and Date: 2013-07-29
• [Presentation] 仮想化技術による生体高分子NMR解析環境およびBMRBデータベースサーバーの統合化 (2012)
  • Author(s): 小林直宏
  • Organizer: トーゴーの日シンポジウム2012
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20121005-20121005
  • Invited
• [Presentation] 仮想化技術を活用した生体高分子の解析研究のすすめ (2012)
  • Author(s): 小林直宏
  • Organizer: 第12回蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 20120620-20120620
  • Invited
• [Presentation] 化学シフトデータベースを利用した高精度なNMR構造評価システム (2012)
  • Author(s): 小林直宏
  • Organizer: 第51回NMR討論会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2012-11-09
• [Presentation] 仮想化技術を用いたNMRデータの統合的解析環境 (2012)
  • Author(s): 小林直宏
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2012-09-23
• [Remarks] SPARTA Validation tool
  • URL: http://bmrbdep.pdbj.org/en/nmrtoolbox/sparta_validation_tool.html
• [Remarks] MagRO-NMRView
  • URL: http://bmrbdep.pdbj.org/en/nmrtoolbox/magro_nmrview.html
• [Remarks] FitRobot
  • URL: http://bmrbdep.pdbj.org/en/nmrtoolbox/fit_robot.html