膜貫通タンパク質構造・機能の網羅的分類

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14580665
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 清水 俊夫 弘前大学, 理工学部, 教授 (00110750)
• キーワード: 膜貫通タンパク質 / 膜貫通トポロジー / 機能分類・同定 / 膜貫通トポロジー類似度 / シグナルペプチド / Binary Topology Pattern / Gタンパク質共役型受容体 / コンセンサス膜貫通トポロジー予測

研究概要

従来の膜貫通(TM)トポロジー予測方の精度を10%以上も上回るコンセンサスTMトポロジー予測法(ConPred_all)を開発した。さらに、予測が成立する配列数を抑える(20〜30%程度)ことによって、ほぼ100%の予測精度を実現させるもう一つのコンセンサス予測方(ConPred_elite)の開発も行った。これらを統合することによって、コンセンサスTMトポロジー予測システム(ConPred II)を構築し、インターネット上でのサービス公開を行っている(http://bioinfo.si.hirosaki-u.ac.jp/~ConPred2)。
また、(1)独自に開発したシグナルペプチド予測法DetecSigによるシグナルペプチドの検出と除去、(2)SOSUIによるTMタンパク質配列の判別予測、(3)ConPred_allによるTMトポロジー予測、というトポロジー予測を高精度に行うステップを確立した。これを配列解読済みの原核ゲノム87種、真核ゲノム12種に対して適用し、高精度なTMトポロジー情報を大量に獲得した。これらのデータを詳細に解析し、プロテオーム中のTMタンパク質の割合、シグナルペプチド付きタンパク質の割合、TMセグメント本数分布などを明らかにした。
さらにこれらのデータを対象とした配列内部分配列比較を行うことにより、遺伝子内重複によるTMタンパク質の進化プロセスの解析を行い、TMトポロジー進化のシナリオ究明の足がかりを作ることに成功した。
また、TMトポロジー情報を基に、ループ領域の長短の組合せパターンから、TMタンパク質の機能分類・同定を行うBinary Topology Pattern (BTP)法を開発した。この方法をGタンパク質共役型受容体(GPCR)に対して適応したところ、従来の配列類似性に基づく分類に比べ、高精度で詳細な機能分類・同定ができることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] Masami Ikeda, Toshio Shimizu: "TMPDB : a database of experimentally-characterized transmembrane topologies"Nucleic Acids Research. 31・1. 406-409 (2003)
• [文献書誌] Masafumi Arai, Toshio Shimizu: "Comprehensive analysis of transmembrane topologies in prokaryotic genomes"Gene. 304. 77-86 (2003)
• [文献書誌] Nishio Takuhiro, Toshio Shimizu: "The cooperative binding of large ligands to a one-dimensional lattice : the steric hindrance effect"Biophysical Chemistry. 104・2. 501-508 (2003)
• [文献書誌] Yoshiaki Sugiyama, Toshio Shimizu: "Identification of transmembrane protein functions by binary topology patterns"Protein Engineering. 16・7. 479-488 (2003)
• [文献書誌] Toshio Shimizu: "The cooperative binding of surfactant ions by small oligomers of opposite charge"The Journal of Physical Chemistry : B. 107・32. 8228-8231 (2003)
• [文献書誌] Kaoru Azumi, Toshio Shimizu: "Genomic analysis of immunity in a Urochordate and the emergence of the vertebrate immune system : "waiting for Godot""Immunogenetics. 55・8. 570-581 (2003)
• [文献書誌] Yasuhito Inoue, Toshio Shimizu: "Proteome-wide classification and identification of mammalian-type GPCRs by binary topology pattern"Computational Biology and Chemistry. 28・1. 39-49 (2004)
• [文献書誌] Jun-Xiong Xia, Toshio Shimizu: "ConPred_elite : a highly reliable approach to transmembrane topology prediction"Computational Biology and Chemistry. 28・1. 51-60 (2004)
• [文献書誌] Toshio Shimizu: "Internal gene duplication in the evolution of transmembrane proteins"Journal of Molecular Biology. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] Satoshi Mizuta, Toshio Shimizu: "Proceedings of the Second International Conference on Nonlinear Analysis and Convex Analysis"Wataru Takahashi and Tamaki Tanaka (Eds.), Yokohama Publishers. 579 (2003)