タンパク質立体構造情報からのゲノム機能解読・進化の解析

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12208006
• 研究種目: 特定領域研究(C)
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 郷 通子 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70037290)
• 研究分担者: 木寺 詔紀 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (00186280) ; 白井 剛 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00262890) ; 由良 敬 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (50252226) ; 曽田 邦嗣 長岡技術科学大学, 生物系, 教授 (10011686)
• キーワード: モジュール / 3Dキーノート / ゲノム機能予測 / 形質転換 / らん藻ゲノム / タンパク質-リガンド相互作用予測法 / 確率的アラインメント法 / 疎水殻の自動同定

研究概要

ゲノム配列情報の内、機能が明らかにされているORFは50%程度であり、ORFの機能をゲノム規模で予測する技術を開発することが望まれる。これに加えて、ゲノムの情報と構造から、生物がたどってきた進化の足跡をたどること目的に、第1年目の研究をスタートした。タンパク質のモジュールの立体構造と機能の特徴を、アミノ酸配列パターン(3Dキーノート)に変換することができた。立体構造既知のタンパク質から自動的に構造および機能の情報を抽出し、3Dキーノートの作成を可能にした。3Dキーノートを、ゲノムのORFの機能予測に適用できることを示し、実際にらん藻ゲノムのORF(slr0197)において、予測した機能の検証を共同研究で果たした(郷、由良)。タンパク質立体構造データベース(Protein Data Bank)から導かれる経験則を利用した、タンパク質-リガンド相互作用予測法の開発を行った。タンパク質-ペプチド(タンパク質)相互作用予測を行うプログラム(EmPLiCS)を完成し、システムの概要と性能評価の結果を報告した。続いて、タンパク質-糖鎖相互作用予測を行うプログラムの開発を行い、暫定版のシステムについて性能評価を行った(白井)。進化的類縁関係を越えた立体構造と機能の関係を推定するために、機能部位(分子認識サイト)の局所立体構造の比較・分類を、糖鎖認識部位について行い、さらに、スーパーフォールドの立体構造アラインメントを厳密に行うために、確率的アラインメント法を開発した(木寺)。蛋白質の立体構造予測を支援する手段として,アミノ酸配列から蛋白質の疎水殻を予測するために,立体構造既知の蛋白質について,疎水殻を自動同定するプログラムを開発し,多数の蛋白質に適用して疎水殻判定条件の精密化を行った(曽田)。

研究成果

• [文献書誌] Kikuchi,H. et al.: "Significance of a two-domain structure in subunits of phycobiliproteins revealed by the normal mode analysis."Biophysical Journal. 79・3. 1587-1600 (2000)
• [文献書誌] 郷通子: "タンパク質の部分立体構造とゲノム機能推定"生物物理. 40・5. 313-314 (2000)
• [文献書誌] Yoshihara,S. et al.: "Mutational analysis of genes involved in pilus structure, motility and transformation competency in the unicellular motile cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803."Plant Cell Physiol.. 42. 63-73 (2001)
• [文献書誌] Takahashi,K. et al.: "Conformational characterization of designed minibarnase."Biopolymers. 58・3. 260-267 (2001)
• [文献書誌] Ahsan,M.M. et al.: "Capacity of Thermoonospora alba XylA to impart thermostability in family F/10 chimeric xylanases."Enzyme Microb.Technol.. 28. 8-15 (2001)
• [文献書誌] Ishida,H. et al.: "EmPLiCS : an empirical approach for structure-based design of natural peptide drug."J.Biochem.. 128. 561-574 (2000)
• [文献書誌] 白井剛,小川智久: "加速進化で生まれた特異構造をもつ新規ガレクチンファミリー -自然選択により出現した"タンパク質の新規フォールド"-"化学と生物. 38. 636-638 (2000)
• [文献書誌] Nakajima,N. et al.: "Free energy landscapes of short peptides by enhanced conformational sampling."Journal of Molecular Biology. 296・1. 197-218 (2000)
• [文献書誌] Kinjo,A. et al.: "Physico-chemical evaluation of protein folds predicted by threading."European Biophysics Journal. 29(in press). (2000)
• [文献書誌] Moritsugu,K. et al.: "Vibrational Energy Transfer in a Protein Molecule"Physical Review Letter. 85・18. 3970-3973 (2000)
• [文献書誌] 郷通子(分担執筆): "生物の働きを生み出すタンパク質のかたち,「タンパク質はどのように進化してきたか」"クバプロ. 199 (2000)
• [文献書誌] 郷通子(分担執筆): "プロテオミクスの基礎,「構造から機能を探る」"講談社. 166 (2000)
• [文献書誌] 由良敬(分担執筆): "タンパク質立体構造に基づくゲノム機能予測,「ゲノム情報生物学-bio-informaticsとinformation biology」"中山書店. 210 (2000)