位置特異的スコアおよび機械学習を用いたＧＰＩ修飾タンパク質予測とデータベース構築

• 研究課題/領域番号: 24700298
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生体生命情報学
• 研究機関: 明治大学
• 研究代表者: 池田 有理 明治大学, 理工学部, 准教授 (30371082)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2012年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: バイオインフォマティクス / タンパク質 / 翻訳後修飾 / GPIアンカー / PSSM / 機械学習 / データベース / ゲノムスキャン

研究概要

本研究では、位置特異的アミノ酸スコアマトリクス (PSSM) と誤差逆伝搬型ニューラルネットワーク (BP-ANN) を用いて、高精度のGPIアンカー型タンパク質判別方法を開発することができた。また、GPIが修飾される位置（オメガサイト）とその周辺のアミノ酸配列の物理化学的特徴を抽出し、オメガサイト位置を高精度に予測することもできた。また、ヒト・マウス・ウシのORFから新規GPI-AP候補遺伝子を予測し、データベース化した。本研究を通して得られた知見から、タンパク質の糖鎖修飾予測法の開発、人工GPI-APの作製など、新しい複数の研究に発展させることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Discrimination of xylose O-glycosylation sites in mammalian proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Etchuya, R. Nambu, Y. Mukai
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 42, 9 ページ: 1043-1045
• [雑誌論文] Sugar type discrimination in O-glycosylation based on protein primary sequences (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Etchuya, Y. Mukai
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science and Engineering 巻: 8, 3 ページ: 225-232
• [雑誌論文] Discrimination of mammalian GPI-anchored proteins by their hydropathy and amino acid propensities (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Mukai, M. Ikeda, H. Tanaka, T. Konishi, O. Oura, T. Sasaki
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 77, 3 ページ: 526-533
• [雑誌論文] Correlation between Proline-Proline/hydroxy-Proline in collagen proteins and the moisture content of the stratum corneum after oral ingestion (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Mukai, K. Machino, K. Etchuya, H. Tanaka, T. Sasaki
  • 雑誌名: International Journal on Applied Bioengineering 巻: 7, 1 ページ: 71-75
• [雑誌論文] Structural change and stability of solubilized bacteriorhodopsin (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Mukai, T. Sasaki
  • 雑誌名: International Journal on Applied Bioengineering 巻: 6, 2 ページ: 59-65
• [雑誌論文] A computational identification method for GPI-anchored proteins by artificial neural network (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Mukai, H. Tanaka, M. Yoshizawa, O. Oura, T. Sasaki, M. Ikeda
  • 雑誌名: Current Bioinformatics 巻: 7 ページ: 125-131
• [雑誌論文] Characteristics of halorhodopsin-bacterioruberin complex from Natronomonas pharaonis membrane in the solubilized system (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki, A.R. Nur Wahida, N. Kato, Y. Mukai
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 51 号: 13 ページ: 2785-2794
  • DOI: 10.1021/bi201876p
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vertically Oriented α-Helical Peptides in Langmuir-Blodgett Films (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Togashi, T. Iizuka, S. Yanagiya, N. Kato, T. Sasaki, Y. Mukai
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 10 号: 0 ページ: 379-387
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2012.379
  • NAID: 130004933748
  • ISSN: 1348-0391
  • 査読あり
• [雑誌論文] pH-Dependent Interactions between Membrane and Histidine-containing Peptides (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Kato, T. Kawamata, T. Sasaki, Y. Mukai
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 41 号: 10 ページ: 1193-1195
  • DOI: 10.1246/cl.2012.1193
  • NAID: 130004426379
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • 査読あり
• [学会発表] 二次元セルブロット法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永島啓矢,シティ・マイサラ,向井有理,寺崎武夫
  • 学会等名: 第3回日本生物物理学会関東支部会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Structural aspects of proteins modified by oligosaccharides (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Etchuya, Y. Mukai
  • 学会等名: 10th International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: Sendai, Japan
• [学会発表] Correlations between protein secondary structure and glycosylation (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Etchuya, Y. Mukai
  • 学会等名: 21st Annual International Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology & 12th European Conference on Computational Biology
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] Sequence analysis and discrimination of subcellular localization of type II membrane proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Nambu, Y. Mukai
  • 学会等名: 21st Annual International Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology & 12th European Conference on Computational Biology
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] Characteristics for sugar modification from protein structure (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Etchuya, Y. Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Sequence analysis around transmembrane regions and discrimination of subcellular localization of type II membrane proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Nambu, Y. Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Physicochemical properties around cleavage sites by Caspase family proteases (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa, K. Etchuya, R. Nambu, Y. Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Subcellular localization of GFP-signal sequence fusion proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Takachio, T. Konishi, H. Takata, T. Terasaki, N. Kato, T. Sasaki, Y. Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Prediction of secondary structure for loop domains in transmembrane proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tsunemoto, R. Nambu, K. Etchuya, Y. Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Purification of Apoptosis Protein using II-D Cell Blot Method (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nagashima, T. Kimura, Y. Miyazaki, Y. Mukai, T. Terasaki
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Correlation between signal peptide sequences and physicochemical properties of mature formed proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hamada, K. Etchuya, R. Nambu, Y. Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Solvent accessibiliy and amino acid propensities around glycosylation sites depending on the kinds of oligosaccharides (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Etchuya, H. Tanaka, T. Terasaki, T. Sasaki, Y. Mukai
  • 学会等名: Pacific Symposium on Biocomputing 2013
  • 発表場所: Hawaii, USA
• [学会発表] Analysis and discrimination of subcellular localization based on amino acid sequences of membrane proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Nambu, T. Sasaki, Y. Mukai
  • 学会等名: Pacific Symposium on Biocomputing 2013
  • 発表場所: Hawaii, USA
• [学会発表] シグナルペプチド配列と成熟タンパク質の細胞内局在との相関性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 濱田康太,越中谷賢治,南部龍平,向井有理
  • 学会等名: 第3回日本生物物理学会関東支部会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 糖転移酵素のタンパク質立体構造認識および糖鎖修飾の立体構造への影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 越中谷賢治,南部龍平,向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 膜タンパク質の膜貫通領域周辺のアミノ酸配列に着目した細胞内局在性解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 南部龍平,越中谷賢治,向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] タンパク質のパルミトイル化要因の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小川翼,越中谷賢治,向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 人工シグナル配列を用いたGPIアンカー型タンパク質のGPI修飾能の調査 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高知尾尚志,小西達也,高田浩武,寺崎武夫,加藤徳剛,佐々木貴規,向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 膜貫通タンパク質のループ領域二次構造予測のための条件検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 常本沙和子,南部龍平,越中谷賢治,向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 二次元セルブロット法を用いたアポトーシスタンパク質の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 永島啓矢,シティ・マイサラ,向井有理,寺崎武夫
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] シグナルペプチド配列と成熟タンパク質の膜透過との相関 (2013)
  • 著者名/発表者名: 濱田康太,越中谷賢治,南部龍平,向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] タンパク質の二次構造と糖鎖修飾の相関性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 越中谷賢治,池田(向井)有理
  • 学会等名: 第13回蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 鳥取
• [学会発表] 二次元セルブロット法を用いたアポトーシスタンパク質の分離 (2013)
  • 著者名/発表者名: 永島啓矢,木村尊斗,宮崎吉弘,池田(向井)有理,寺崎武夫
  • 学会等名: 第13回蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 鳥取
• [学会発表] GPI修飾要因の検討および修飾位置予測法の確立 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中大貴,小西達也,佐々木貴規,池田(向井)有理
  • 学会等名: 第2回日本生物物理学会関東支部会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] タンパク質の二次構造と糖鎖修飾の相関 (2013)
  • 著者名/発表者名: 越中谷賢治,池田(向井)有理
  • 学会等名: 第2回日本生物物理学会関東支部会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Computational detection of organelle sorting signals in membrane localized proteins (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Mukai, H. Tanaka, T. Konishi, H. Takata, N. Takachio, M. Ikeda, T. Sasaki
  • 学会等名: 9th International Conference on Flow Dynamics (Invited)
  • 発表場所: Sendai, Japan
• [学会発表] A computational method for detecting GPI-anchored proteins and their GPI modification sites by neural networks (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, T. Konishi, T. Sasaki, M. Ikeda, Y. Mukai
  • 学会等名: 11th European Conference on Computational Biology
  • 発表場所: Basel, Switzerland
• [学会発表] Subcellular localization and transport efficiency of protein sorting signal sequence (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Konishi, H. Takata, N. Takachio, T. Sasaki, N. Kato, T. Terasaki, Y. Mukai
  • 学会等名: 22nd IUBMB & 37th FEBS Congress
  • 発表場所: Sevilla, Spain
• [学会発表] Computational prediction of GPI modification sites in GPI-anchored proteins (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, T. Sasaki, Y. Mukai
  • 学会等名: 22nd IUBMB & 37th FEBS Congress
  • 発表場所: Sevilla, Spain
• [学会発表] 一次配列から見た糖転移酵素の選択性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 越中谷賢治,田中大貴,寺崎武夫,佐々木貴規,池田(向井)有理
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] アミノ酸の物理化学的・構造的特徴を用いたタンパク質のGPI修飾位置予測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中大貴,小西達也,佐々木貴規,池田(向井)有理
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] 人工シグナル配列を導入したGFPの細胞内局在性観察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小西達也,高田浩武,高知尾尚志,佐々木貴規,加藤徳剛,寺崎武夫,池田(向井)有理
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] 膜タンパク質の疎水性領域に着目した細胞内局在性解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 南部龍平,佐々木貴規,池田(向井)有理
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] Computational detection of organelle sorting signals in membrane localized proteins (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Mukai, H. Tanaka, T. Konishi, H. Takata, N. Takachio, M. Ikeda, T. Sasaki
  • 学会等名: 9th International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Features of halorhodopsin-carotenoid complex from Natronomonas pharaonis membrane in the solubilized system (2012)
  • 著者名/発表者名: A.R. Nur Wahida, Y. Mukai, T. Sasaki
  • 学会等名: 22nd IUBMB & 37th FEBS Congress
  • 発表場所: Sevilla, Spain
• [学会発表] Structural aspects of proteins modified by oligosaccharides
  • 著者名/発表者名: Kenji Etchuya, Yuri Mukai
  • 学会等名: 10th International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: Sendai, Japan
• [学会発表] Correlations between protein secondary structure and glycosylation
  • 著者名/発表者名: Kenji Etchuya, Yuri Mukai
  • 学会等名: 21st Annual International Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology & 12th European Conference on Computational Biology
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] Sequence analysis and discrimination of subcellular localization of type II membrane proteins
  • 著者名/発表者名: Ryohei Nambu, Yuri Mukai
  • 学会等名: 21st Annual International Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology & 12th European Conference on Computational Biology
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] Characteristics for sugar modification from protein structure
  • 著者名/発表者名: Kenji Etchuya, Yuri Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Sequence analysis around transmembrane regions and discrimination of subcellular localization of type II membrane proteins
  • 著者名/発表者名: Ryohei Nambu, Yuri Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Physicochemical properties around cleavage sites by Caspase family proteases
  • 著者名/発表者名: Tsubasa Ogawa, Kenji Etchuya, Ryohei Nambu, Yuri Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Subcellular localization of GFP-signal sequence fusion proteins
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Takachio, Tatsuya Konishi, Hirotaka Takata, Takeo Terasaki, Noritaka Kato, Takanori Sasaki, Yuri Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Prediction of secondary structure for loop domains in transmembrane proteins
  • 著者名/発表者名: Sawako Tsunemoto, Ryohei Nambu, Kenji Etchuya, Yuri Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Purification of Apoptosis Protein using II-D Cell Blot Method
  • 著者名/発表者名: Keiya Nagashima, Takato Kimura, Yoshihiro Miyazaki, Yuri Mukai, Takeo Terasaki
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] Correlation between signal peptide sequences and physicochemical properties of mature formed proteins
  • 著者名/発表者名: Kota Hamada, Kenji Etchuya, Ryohei Nambu, Yuri Mukai
  • 学会等名: 38th FEBS Congress
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
• [学会発表] 二次元セルブロット法の開発
  • 著者名/発表者名: 永島啓矢, シティ・マイサラ, 向井有理, 寺崎武夫
  • 学会等名: 第3回日本生物物理学会関東支部会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] シグナルペプチド配列と成熟タンパク質の細胞内局在との相関性
  • 著者名/発表者名: 濱田康太, 越中谷賢治, 南部龍平, 向井有理
  • 学会等名: 第3回日本生物物理学会関東支部会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 糖転移酵素のタンパク質立体構造認識および糖鎖修飾の立体構造への影響
  • 著者名/発表者名: 越中谷賢治, 南部龍平, 向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 膜タンパク質の膜貫通領域周辺のアミノ酸配列に着目した細胞内局在性解析
  • 著者名/発表者名: 南部龍平, 越中谷賢治, 向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] タンパク質のパルミトイル化要因の検討
  • 著者名/発表者名: 小川翼, 越中谷賢治, 向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 人工シグナル配列を用いたGPIアンカー型タンパク質のGPI修飾能の調査
  • 著者名/発表者名: 高知尾尚志, 小西達也, 高田浩武, 寺崎武夫, 加藤徳剛, 佐々木貴規, 向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 膜貫通タンパク質のループ領域二次構造予測のための条件検討
  • 著者名/発表者名: 常本沙和子, 南部龍平, 越中谷賢治, 向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 二次元セルブロット法を用いたアポトーシスタンパク質の解析
  • 著者名/発表者名: 永島啓矢, シティ・マイサラ, 向井有理, 寺崎武夫
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] シグナルペプチド配列と成熟タンパク質の膜透過との相関
  • 著者名/発表者名: 濱田康太, 越中谷賢治, 南部龍平, 向井有理
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 二次元セルブロット法を用いたアポトーシスタンパク質の分離
  • 著者名/発表者名: 永島啓矢, 木村尊斗, 宮崎吉弘, 池田(向井)有理, 寺崎武夫
  • 学会等名: 第13回蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 鳥取
• [学会発表] タンパク質の二次構造と糖鎖修飾の相関性
  • 著者名/発表者名: 越中谷賢治, 池田(向井)有理
  • 学会等名: 第13回蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 鳥取
• [備考] 本研究成果は情報数理バイオ株式会社との共同研究に発展した。情報数理バイオ株式会社の実績紹介ページより、本研究の成果の一部を以下のURLで公開している。
  • URL: http://imsbio.jp/GPIAPsPred/
• [産業財産権] 立体構造データ帰属方法、立体構造データ帰属プログラム及び立体構造データ帰属装置 (2013)
  • 発明者名: 池田修己,池田有理,矢葺幸光,諏訪 牧子
  • 権利者名: 池田修己,池 田有理,矢葺幸光,諏訪 牧子(個人)
  • 産業財産権種類: 特許
  • 取得年月日: 2013
• [産業財産権] 位置特異的スコアの算出装置、算出方法及びプログラム、GPIアンカー修飾部位の特定装置、特定方法及びプログラム、並びにGPIアンカー修飾部位の判定装置、判定方法及びプログラム (2012)
  • 発明者名: 田中大貴,池 田有理,佐々木貴規
  • 権利者名: 明治大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2012
• [産業財産権] ポリペプチド、遺伝子、発現ベクター、及びタンパク質を小胞体に輸送する方法、並びに、シグナルペプチドの設計方法 (2012)
  • 発明者名: 小西達也,高田浩武,池 田有理,高知 尾尚志,佐々木貴規
  • 権利者名: 明治大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2012
• [産業財産権] ポリペプチド、遺伝子、発現ベクター、及びタンパク質を小胞体に輸送する方法、並びに、シグナルペプチドの設計方法 (2012)
  • 発明者名: 小西達也, 高田浩武, 池田有理, 高知尾尚志, 佐々木貴規
  • 権利者名: 小西達也, 高田浩武, 池田有理, 高知尾尚志, 佐々木貴規
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-192318
  • 出願年月日: 2012-09-02
• [産業財産権] 位置特異的スコアの算出装置、算出方法及びプログラム、GPIアンカー修飾部位の特定装置、特定方法及びプログラム、並びにGPIアンカー修飾部位の判定装置、判定方法及びプログラム (2012)
  • 発明者名: 田中大貴, 池田有理, 佐々木貴規
  • 権利者名: 田中大貴, 池田有理, 佐々木貴規
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-189907
  • 出願年月日: 2012-09-02