質量分析によるアミノ酸配列de novo決定のための新規手法開発

• 研究課題/領域番号: 20H03245
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43060:システムゲノム科学関連
• 研究機関: 富山国際大学
• 研究代表者: 河野 信 富山国際大学, 現代社会学部, 教授 (40470075)
• 研究分担者: 岩崎 未央 京都大学, iPS細胞研究所, 講師 (10722811) ; 小林 大樹 新潟大学, 医歯学系, 助教 (20448517) ; 吉沢 明康 京都大学, 薬学研究科, 特定助教 (70551159)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2020年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
• キーワード: タンパク質 / 質量分析 / アミノ酸配列決定 / アミノ酸組成分析 / de novo sequencing / プロテオーム

研究開始時の研究の概要

アミノ酸配列を質量分析によって決定する新規de novo sequencing (de novo決定) 法を開発する。de novo決定法は一般的なデータベース検索法と異なりゲノム情報が不要で、アミノ酸を一残基ずつ確定するため精度が高いが、探索空間が膨大なため最適解が得にくい。本申請課題ではペプチドのマススペクトルに加えて、アミノ酸組成などの物性情報も実験的に取得し併用することで大幅に探索空間を限定し、現実的な計算時間でde novo決定を行う手法を開発する。この手法によって、ゲノム情報を用いないタンパク質同定のほか、ゲノムにコードされない抗体可変領域の配列決定などへの応用が期待される。

研究成果の概要

本研究では、アミノ酸配列を既知配列を用いずに質量分析データのみによって決定する新規手法を開発した。一般に既知配列情報を用いない同定法では、探索空間が膨大なため最適解が得にくい。そこでアミノ酸配列の物性情報も活用することで大幅に探索空間を限定し、現実的な計算時間で計算が完了するようにした。このための物性情報の調査を行い、アミノ酸組成と高速液体クロマトグラフィーの保持時間の活用を決定した。そして、ベンチマークの結果から、結果の候補配列を構成するときにペプチド配列の部分アミノ酸配列情報をまず決めるという戦略が有効であると結論付け、これらの要素を用いた新規手法を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在、疾患研究を含む医学研究ではプロテオーム解析の重要性が高まっている。しかしプロテオーム・データの解析ではゲノム情報に基づく既知配列しか探知できず、測定データの3割程度しか同定ができていない。癌のように変異が多い場合には既知配列が利用できないが、このような場合に用いる特殊な同定方法では、既存の代表的なソフトウェアを用いても正解率は4割程度である。本研究では、今まで用いられてこなかった情報を補助的に用いることで正解率を上げる手法を開発しており、今後の疾患タンパク質研究や抗体医薬などの応用研究への進展が期待される。

研究成果

• [国際共同研究] European Bioinformatics Institute(英国)
• [国際共同研究] Institute for Systems Biology/University of California San Diego(米国)
• [国際共同研究] European Bioinformatics Institute(英国)
• [国際共同研究] Institute for Systems Biology/University of California San Diego(米国)
• [国際共同研究] European Bioinformatics Institute(英国)
• [国際共同研究] Institute for Systems Biology/University of California San Diego(米国)
• [雑誌論文] Proteomics Standards Initiative at Twenty Years: Current Activities and Future Work (2023)
  • 著者名/発表者名: Deutsch EW,Vizcaino JA,Jones AR,Binz PA,Lam H,Klein J,Bittremieux W,Perez-Riverol Y,Tabb DL,Walzer M,Ricard-Blum S,Hermjakob H,Neumann S,Mak TD,Kawano S,Mendoza L,Van Den Bossche T,Gabriels R,Bandeira N,Carver J,Pullman B,Sun Z,Hoffmann N,Shofstahl J,Zhu Y,Licata L,Quaglia F,Tosatto SCE,Orchard SE
  • 雑誌名: Journal of Proteome Research 巻: 22 号: 2 ページ: 287-301
  • DOI: 10.1021/acs.jproteome.2c00637
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The ProteomeXchange consortium at 10 years: 2023 update (2022)
  • 著者名/発表者名: Deutsch EW、Bandeira N、Perez-Riverol Y、Sharma V、Carver JJ、Mendoza L、Kundu DJ、Wang S、Bandla C、Kamatchinathan S、Hewapathirana S、Pullman BS、Wertz J、Sun Z、Kawano S、Okuda S、Watanabe Y、MacLean B、MacCoss MJ、Zhu Y、Ishihama Y、Vizcaino JA
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 51 号: D1 ページ: D1539-D1548
  • DOI: 10.1093/nar/gkac1040
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Proteomics Standards Initiative’s ProForma 2.0: Unifying the Encoding of Proteoforms and Peptidoforms (2022)
  • 著者名/発表者名: LeDuc Richard D.、Deutsch Eric W.、Binz Pierre-Alain、Fellers Ryan T.、Cesnik Anthony J.、Klein Joshua A.、Van Den Bossche Tim、Gabriels Ralf、Yalavarthi Arshika、Perez-Riverol Yasset、Carver Jeremy、Bittremieux Wout、Kawano Shin、Pullman Benjamin、Bandeira Nuno、Kelleher Neil L.、Thomas Paul M.、Vizca?no Juan Antonio
  • 雑誌名: Journal of Proteome Research 巻: 21 号: 4 ページ: 1189-1195
  • DOI: 10.1021/acs.jproteome.1c00771
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Universal Spectrum Identifier for mass spectra (2021)
  • 著者名/発表者名: Deutsch Eric W.、Perez-Riverol Yasset、Carver Jeremy、Kawano Shin、Mendoza Luis、Van Den Bossche Tim、Gabriels Ralf、Binz Pierre-Alain、Pullman Benjamin、Sun Zhi、Shofstahl Jim、Bittremieux Wout、Mak Tytus D.、Klein Joshua、Zhu Yunping、Lam Henry、Vizca?no Juan Antonio、Bandeira Nuno
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 18 号: 7 ページ: 768-770
  • DOI: 10.1038/s41592-021-01184-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Proteomics Standards Initiatives ProForma 2.0 Unifying the encoding of Proteoforms and Peptidoforms (2021)
  • 著者名/発表者名: Richard D. LeDuc, Eric W. Deutsch, Pierre-Alain Binz, Ryan T. Fellers, Anthony J. Cesnik, Joshua A. Klein, Tim Van Den Bossche, Ralf Gabriels, Arshika Yalavarthi, Yasset Perez-Riverol, Jeremy Carver, Wout Bittremieux, Shin Kawano, Benjamin Pullman, Nuno Bandeira, Neil L. Kelleher, Paul M. Thomas, Juan Antonio Vizcaino
  • 雑誌名: arXiv 巻: 2109 ページ: 1-61
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Universal Spectrum Identifier for mass spectra (2020)
  • 著者名/発表者名: Deutsch Eric W., Perez-Riverol Yasset, Carver Jeremy, Kawano Shin, Mendoza Luis, Van Den Bossche Tim, Gabriels Ralf, Binz Pierre-Alain, Pullman Benjamin, Sun Zhi, Shofstahl Jim, Bittremieux Wout, Mak Tytus D., Klein Joshua, Zhu Yunping, Lam Henry, Vizcaino Juan Antonio, Bandeira Nuno
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 415539 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1101/2020.12.07.415539
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] プロテオームデータの収集と標準化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 河野 信
  • 学会等名: 疾患プロテオミクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Mass++ ver.4 -MS data viewer meets online databases- (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Tanaka, Masaki Murase, Masaki Kato, Hiroyuki Yamamoto, Tsuyoshi Tabata, Maiko Kusano, Shin Kawano, Susumu Goto, Yasushi Ishihama, Akiyasu C. Yoshizawa
  • 学会等名: The HUPO 2022 Congress
  • 国際学会
• [学会発表] jPOSTの現状とプロテミクスデータの標準化に向けた国際連携 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河野信
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2021年大会
  • 招待講演
• [学会発表] The HUPO-PSI Universal Spectrum Identifier (USI) for mass spectra (2021)
  • 著者名/発表者名: Tim Van Den Bossche, Eric W. Deutsch, Yasset Perez-Riverol, Jeremy Carver, Shin Kawano, Luis Mendoza, Ralf Gabriels, Pierre-Alain Binz, Benjamin Pullman, Zhi Sun, Jim Shofstahl, Wout Bittremieux, Tytus D. Mak, Joshua Klein, Yunping Zhu, Henry Lam, Juan Antonio Vizcaino, and Nuno Bandeira
  • 学会等名: HUPO reconnect 2021
  • 国際学会
• [学会発表] マススペクトルに於けるペプチドイオンピークの深層学習による検出法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉沢明康
  • 学会等名: 第17回日本臨床プロテオゲノミクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] jPOSTdb: COVID-19データベースの構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉沢明康，守屋勇樹，小林大樹，張智翔，奥田修二郎，田畑剛，河野信，幡野敦，高見知代，松本雅記，山ノ内祥訓，荒木令江，岩崎未央，杉山直幸，福島敦史，田中聡，五斗進，石濱 泰
  • 学会等名: トーゴーの日シンポジウム2021
• [学会発表] jPOSTrepoメタデータのSDRF化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 有馬佳奈美、岡本瑠璃、小林大樹、吉沢明康、河野信
  • 学会等名: トーゴーの日シンポジウム2021
• [学会発表] An extension of Mass++ ver.4, a data viewer, for proteome analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S., Murase, M., Kato, M., Tabata, T., Kusano, M., Kawano, S., Goto, S., Ishihama, Y., Yoshizawa, A.C.
  • 学会等名: ASMS 2020 Reboot
  • 国際学会
• [学会発表] 質量分析インフォマティクスの世界：どこから来て、何者で、どこに向かうのか (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉沢 明康
  • 学会等名: 第9回生命医薬情報学連合大会
  • 招待講演
• [図書] 遺伝学の百科事典 (2022)
  • 著者名/発表者名: 日本遺伝学会
  • 総ページ数: 690
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 9784621306604