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スパースモデリングによるNMR計測・解析の高速高精度化

計画研究

研究領域スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
研究課題/領域番号 25120003
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

木川 隆則  国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, チームリーダー (20270598)

研究分担者 池谷 鉄兵  首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (30457840)
連携研究者 葛西 卓磨  国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 研究員 (70446516)
研究期間 (年度) 2013-06-28 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
72,540千円 (直接経費: 55,800千円、間接経費: 16,740千円)
2017年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
2016年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
2015年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
2014年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
2013年度: 16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)
キーワードスパースモデリング / NMR / 圧縮センシング / スペクトル解析 / ベイズ統計 / レプリカ交換モンテカルロ法 / テンソル分解 / 安定同位体標識
研究成果の概要

本研究では,スパースモデリングの導入により,特に複雑な生命分子系を対象にしたNMR計測やデータ解析の高速高精度化の実現による飛躍的発展を目指した.【課題1】では疎に計測した信号の再構成法に関して,スペクトル再現性の高い方法を開発した.【課題2】では,スペクトル分解とアミノ酸判別を同時におこなう復号法を構築し,「符号化標識法」の復号性能を飛躍的に向上させた.【課題3】ではベイズ推定を応用した立体構造計算手法を構築し,真核細胞中のタンパク質のde novo立体構造決定に成功した.【課題4】では,疎に計測したデータからシグナル同定,構造動態情報の取得までを一体的に実現する全く新規の手法を開発した.

報告書

(6件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (56件)

すべて 2018 2017 2016 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 4件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 9件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (42件) (うち国際学会 18件、 招待講演 29件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Protein NMR Structure Refinement based on Bayesian Inference for dynamical ordering of biomacromolecules2018

    • 著者名/発表者名
      T.Ikeya, Y. Ito
    • 雑誌名

      J. Comput. Chem. Jpn.

      巻: 印刷中

    • NAID

      130006555815

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solution NMR views of dynamical ordering of biomacromolecules2018

    • 著者名/発表者名
      Ikeya Teppei、Ban David、Lee Donghan、Ito Yutaka、Kato Koichi、Griesinger Christian
    • 雑誌名

      Biochim. Biophys. Acta-General Subjects

      巻: 1862 号: 2 ページ: 287-306

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2017.08.020

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Advances in stable isotope assisted labeling strategies with information science2017

    • 著者名/発表者名
      Kigawa Takanori
    • 雑誌名

      Archives of Biochemistry and Biophysics

      巻: 628 ページ: 17-23

    • DOI

      10.1016/j.abb.2017.06.014

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of cellular health conditions on the protein folding state in mammalian cells2017

    • 著者名/発表者名
      Inomata Kohsuke、Kamoshida Hajime、Ikari Masaomi、Ito Yutaka、Kigawa Takanori
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 53 号: 81 ページ: 11245-11248

    • DOI

      10.1039/c7cc06004a

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 無細胞タンパク質合成系による安定同位体標識利用NMR解析 - 情報科学を融合した標識技術 : SiCode2017

    • 著者名/発表者名
      木川 隆則
    • 雑誌名

      医学のあゆみ

      巻: 262 ページ: 461-466

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] 情報科学を活用した安定同位体標識によるタンパク質NMR解析法2017

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨、木川隆則
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 57 号: 3 ページ: 153-156

    • DOI

      10.2142/biophys.57.153

    • NAID

      130005678945

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 生命分子のNMR計測・解析への応用2016

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨、池谷鉄兵、木川隆則
    • 雑誌名

      電子情報通信学会誌

      巻: 99 ページ: 439-443

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] NMR spectral analysis using prior knowledge2016

    • 著者名/発表者名
      Takuma Kasai, Kenji Nagata, Masato Okada, Takanori Kigawa
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 699 ページ: 012003-012003

    • DOI

      10.1088/1742-6596/699/1/012003

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Protein NMR Structure Refinement based on Bayesian Inference2016

    • 著者名/発表者名
      Teppei Ikeya, Shiro Ikeda, Takanori Kigawa, Yutaka Ito and Peter Guentert
    • 雑誌名

      J. Phys.: Conf. Ser.

      巻: 699 ページ: 012005-012005

    • DOI

      10.1088/1742-6596/699/1/012005

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A specific single-stranded DNA induces a distinct conformational change in the nucleoid-associated protein HU.2016

    • 著者名/発表者名
      Yuya Nishida, Teppei Ikeya, Tsutomu Mikawa, Jin Inoue, Yutaka Ito, Yasunori Shintani, Ryoji Masui, Seiki Kuramitsu, Seiji Takashima
    • 雑誌名

      Biochemistry and Biophysics Reports

      巻: 8 ページ: 318-324

    • DOI

      10.1016/j.bbrep.2016.09.014

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A new carbamidemethyl-linked lanthanide chelating tag for PCS NMR spectroscopy of proteins in living HeLa cells.2016

    • 著者名/発表者名
      Yuya Hikone, Go Hirai, Masaki Mishima, Kohsuke Inomata, Teppei Ikeya, Souichiro Arai, Masahiro Shirakawa, Mikiko Sodeoka, and Yutaka Ito
    • 雑誌名

      Journal of Biomolecular NMR

      巻: 66 号: 2 ページ: 99-110

    • DOI

      10.1007/s10858-016-0059-4

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Stable isotope labeling strategy based on coding theory.2015

    • 著者名/発表者名
      Kasai T, Koshiba S, Yokoyama J, Kigawa T
    • 雑誌名

      J. Biomol. NMR

      巻: 63 号: 2 ページ: 213-221

    • DOI

      10.1007/s10858-015-9978-8

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Influence of incomplete NOESY peaks of the interface residues on structure determinations of homodimeric proteins.2014

    • 著者名/発表者名
      Lin, Y. J., Ikeya, T., Kirchner, D. K. & Guentert, P.
    • 雑誌名

      J. Chin. Chem. Soc.

      巻: 61 号: 12 ページ: 1297-1306

    • DOI

      10.1002/jccs.201400095

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] タンパク質試料への情報の符号化を用いたNMR解析法2018

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨
    • 学会等名
      2018年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Protein production platform for rational design engineering2018

    • 著者名/発表者名
      Kigawa Takanori
    • 学会等名
      PepTalk 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Selective isotope labeling strategy and computational interpretation of spectra for protein NMR analyses2017

    • 著者名/発表者名
      Kasai Takuma
    • 学会等名
      International Meeting on “High-Dimensional Data-Driven Science” (HD3-2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rapid production in milligram quantities of a hundred kinds of newly generated mutant proteins2017

    • 著者名/発表者名
      Kasai Takuma
    • 学会等名
      PEGS2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 困難な条件でのタンパク質NMR解析のための情報科学を活用した安定同位体標識法2017

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Stable isotope labeling strategy based on information science applied to in-cell NMR2017

    • 著者名/発表者名
      Kasai Takuma
    • 学会等名
      ISMAR 2017 (20th Meeting of the International Society of Magnetic Resonance)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低感度NMRスペクトルから情報を得るための安定同位体標識法のin-cell NMRへの応用2017

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] in-cell NMRなど困難な実験系を対象としたアミノ酸選択的安定同位体標識法2017

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨
    • 学会等名
      第56回NMR討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 細胞環境での分子構造動態の理解に向けて2016

    • 著者名/発表者名
      木川隆則
    • 学会等名
      シンポジウム「細胞環境における蛋白質の動態解析のためのNMRおよび計算科学的アプローチ」
    • 発表場所
      京都大学吉田キャンパス・(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-03-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子構造動態の細胞内リアルタイムモニタリングに向けて2016

    • 著者名/発表者名
      木川隆則
    • 学会等名
      よこはまNMR研究会第55回ワークショップ「リアルタイムモニタリング」
    • 発表場所
      理化学研究所横浜キャンパス・(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-03-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] In-cell NMR of intracellular signaling proteins2016

    • 著者名/発表者名
      Kigawa Takanori
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Drug Discovery and Design by NMR
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Protein dynamics in cellular environment analyzed by stable isotope-aided NMR spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Kigawa Takanori
    • 学会等名
      The 42nd Naito Conference
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Improved in-cell structure determination of proteins at near-physiological concentration2016

    • 著者名/発表者名
      Ikeya Teppei
    • 学会等名
      UK/Japan international Symposium
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] NMRスペクトルから正しい情報を得るための変数探索による解析法2016

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Protein NMR structure determination for sparse data set derived from living cells2016

    • 著者名/発表者名
      池谷鉄兵
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 情報科学を活用したシグナル帰属法のin-cell NMRへの応用2016

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨
    • 学会等名
      第55回NMR討論会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質のNMR解析が困難な系にも有効なシグナル帰属法2016

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Structure and dynamics analyses of proteins in cellular environment with advanced stable-isotope labeling2016

    • 著者名/発表者名
      木川隆則
    • 学会等名
      第39回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] NMR spectral analysis using prior knowledge2015

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨
    • 学会等名
      International Meeting on “High-Dimensional Data Driven Science” (HD3-2015)
    • 発表場所
      メルパルク京都・(京都府・京都市)
    • 年月日
      2015-12-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Protein NMR Structure Refinement based on Bayesian Inference2015

    • 著者名/発表者名
      Teppei Ikeya
    • 学会等名
      International Meeting on “High-Dimensional Data Driven Science” (HD3-2015)
    • 発表場所
      メルパルク京都・(京都府・京都市)
    • 年月日
      2015-12-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Protein dynamics in molecular crowding environment elucidated by an extended model-free analysis of NMR relaxation data2015

    • 著者名/発表者名
      木川隆則
    • 学会等名
      BMB2015
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド・(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Three-dimensional protein structure and dynamics in living cells2015

    • 著者名/発表者名
      Teppei Ikeya
    • 学会等名
      動的秩序と生命 第4回国際シンポジウム
    • 発表場所
      九州大学西新プラザ・(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2015-11-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 安定同位体標識率等の事前知識を活用するNMRスペクトル解析法2015

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨
    • 学会等名
      第54回NMR討論会
    • 発表場所
      千葉工業大学津田沼キャンパス・(千葉県・習志野市)
    • 年月日
      2015-11-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] NMRデータ解析法の改良による効率的な細胞内蛋白質構造決定2015

    • 著者名/発表者名
      池谷鉄兵
    • 学会等名
      第54回NMR討論会
    • 発表場所
      千葉工業大学津田沼キャンパス・(千葉県・習志野市)
    • 年月日
      2015-11-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] NMR Analysis of Protein Structure and Dynamics with Computational and Information Sciences.2015

    • 著者名/発表者名
      木川隆則
    • 学会等名
      29th Annual Symposium of the Protein Society
    • 発表場所
      Barcelona・Spain
    • 年月日
      2015-07-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 符号化標識法を用いたNMRシグナル帰属戦略2015

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨
    • 学会等名
      in-cell NMRシンポジウム “Computational aspects in biomolecular & in-cell NMR”
    • 発表場所
      首都大学東京秋葉原サテライトキャンパス・(東京都・千代田区)
    • 年月日
      2015-04-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ベイズ推定を用いた立体構造計算と in-cell NMR データへのアプローチ2015

    • 著者名/発表者名
      池谷鉄兵
    • 学会等名
      In-cell NMR シンポジウム “Computational aspects in biomolecular & in-cell NMR”
    • 発表場所
      首都大学東京秋葉原サテライトキャンパス・(東京都・千代田区)
    • 年月日
      2015-04-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Stable Isotope Labeling Strategy Based on Coding Theory2015

    • 著者名/発表者名
      Takanori Kigawa
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Drug Discovery and Design by NMR
    • 発表場所
      理化学研究所横浜キャンパス・(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2015-02-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] SiCode: A novel stable isotope labeling strategy suitable for difficult targets2014

    • 著者名/発表者名
      Takanori Kigawa
    • 学会等名
      International NMR Symposium on Pharmaceutical NMR
    • 発表場所
      大阪大学蛋白質研究所・(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2014-12-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Three-Dimensional Protein Structure and Dynamics in Living Cells2014

    • 著者名/発表者名
      Teppei Ikeya
    • 学会等名
      7th Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences
    • 発表場所
      Soul・Korea
    • 年月日
      2014-11-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Protein dynamics in molecular crowding environment analyzed by stable isotope-aided NMR spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Takanori Kigawa
    • 学会等名
      International Conference on Analytical Science & Technology
    • 発表場所
      Daejeon・Korea
    • 年月日
      2014-11-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生きた細胞内での蛋白質の立体構造とダイナミクス2014

    • 著者名/発表者名
      池谷鉄兵
    • 学会等名
      構造活性相関シンポジウム
    • 発表場所
      くまもと森都心プラザ・(熊本県・熊本市)
    • 年月日
      2014-11-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ベイズ推定を利用したNMR蛋白質構造最適化法の開発2014

    • 著者名/発表者名
      池谷鉄兵
    • 学会等名
      第53回NMR討論会
    • 発表場所
      大阪大学コンベンションセンター・(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2014-11-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 誤り検出符号によるノイズに強いアミノ酸選択標識法2014

    • 著者名/発表者名
      葛西卓磨
    • 学会等名
      第53回NMR討論会
    • 発表場所
      大阪大学コンベンションセンター・(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2014-11-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of protein dynamics under molecular crowding environment by using stable isotope aided NMR spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Takanori Kigawa
    • 学会等名
      In-cell NMRシンポジウム Protein biophysics under physiological condition
    • 発表場所
      首都大学東京国際交流会館・(東京都・八王子市)
    • 年月日
      2014-09-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ベイズ推定を用いた NMR 立体構造計算法の開発2014

    • 著者名/発表者名
      Teppei Ikeya
    • 学会等名
      第52回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター・(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2014-09-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 生きた細胞中の天然変性蛋白質の動態2014

    • 著者名/発表者名
      池谷鉄兵
    • 学会等名
      第52回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター・(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2014-09-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質の立体構造計算におけるNMRデータの可視化2014

    • 著者名/発表者名
      池谷鉄兵
    • 学会等名
      日本分光学会NMR分科会 2014
    • 発表場所
      東京大学・薬学部・(東京都・文京区)
    • 年月日
      2014-09-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A refinement method for NMR protein structure determination based on Bayesian inference2014

    • 著者名/発表者名
      Teppei Ikeya
    • 学会等名
      XXVIth ICMRBS
    • 発表場所
      Dalas・USA
    • 年月日
      2014-08-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cell-Free Protein Synthesis and Stable Isotope Labeling2014

    • 著者名/発表者名
      Takanori Kigawa
    • 学会等名
      XXVIth ICMRBS
    • 発表場所
      Dalas・USA
    • 年月日
      2014-08-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Amino-acid Selective Stable Isotope Labeling Strategy Based on the Coding Theory2014

    • 著者名/発表者名
      Takuma Kasai
    • 学会等名
      XXVIth ICMRBS
    • 発表場所
      Dalas・USA
    • 年月日
      2014-08-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A NMR structure calculation algorithm based on Bayesian inference2014

    • 著者名/発表者名
      池谷鉄兵
    • 学会等名
      大阪大学蛋白質研究所セミナー IPR Seminar
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス・(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2014-06-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [産業財産権] タンパク質解析装置、タンパク質解析方法、および、プログラム2013

    • 発明者名
      木川隆則、葛西卓磨
    • 権利者名
      研究開発法人理化学研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2013
    • 取得年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2013-07-10   更新日: 2019-03-29  

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