機能未知スプライシングアイソフォームの機能部位予測法の開発

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K00411
• 研究機関: 長浜バイオ大学
• 研究代表者: 塩生 真史 長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 准教授 (30345847)
• 研究分担者: 土方 敦司 長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, プロジェクト特任講師 (80415273)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 選択的スプライシング / 機能未知タンパク質 / 機能部位予測 / 低分子化合物 / データベース / 機械学習

研究実績の概要

公共データベースには多数のスプライシングアイソフォーム（SI）の配列情報が登録されているものの、その多くは機能が明らかにされていない。そこで、機能未知のSIが生体内で機能を持つかどうかを推定すること、及び、機能を持つと推定されたSIの機能部位および結合する低分子の推定法を開発することを目的として、平成29年度は以下の研究を実施した。
1. 平成28年度までに開発した機械学習によるSIの機能性推定法について、特徴ベクトルの見直し、及び、機械学習アルゴリズムの改良を行った。その結果、機能既知のSIの98%において正しく機能性があることが推定できるようになった。改良された推定法を用いると、タンパク質の発現が実験的に確認されていないSIの約60%が機能性を持つと推定され、改良前に比べてより多くのSIが機能性を持つことが示された。またこの結果から、近年議論されているよりも多くのSIがタンパク質機能の多様性へ寄与していることを示すことができた。
2. SIで共通に使われているエクソンと選択的に使われるエクソンの間で一塩基変異（SNV）の分布の比較を行ったところ、病気に関わるSNVにおいて分布の偏りがあることが示された。この解析を発展させることで、病気に関わるSNVの分布からSIの機能性推定を行う研究へと展開できると考えられた。
3. 低分子リガンドとの結合に使われやすいアミノ酸残基の統計情報とタンパク質のポケットらしさを特徴ベクトルとした機械学習を行うことにより、低分子リガンド結合部位の予測精度を向上させ、さらに低分子リガンドが結合するかどうかを推定できるようにした。これにより、平成28年度までに開発したベクトルマッチ法によるタンパク質―低分子リガンドドッキング法と合わせて、異なる2つの方法により低分子リガンドの結合が予測できるようになった。

研究成果

• [雑誌論文] Ridaifen-F conjugated with cell-penetrating peptides inhibits intracellular proteasome activities and induces drug-resistant cell death. (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Tanaka, Y. Zhu, M. Shionyu, N. Ota, N. Shibata, C. Watanabe, A. Mizusawa, R. Sasaki, T. Mizukami, I. Shiina and M. Hasegawa
  • 雑誌名: Eur J Med Chem 巻: 146 ページ: 636-650
  • DOI: 10.1016/j.ejmech.2018.01.045
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structures of jacalin-related lectin PPL3 regulating pearl shell biomineralization. (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Nakae, M. Shionyu, T. Ogawa and T. Shirai
  • 雑誌名: Proteins 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1002/prot.25491
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decoding disease-causing mechanisms of missense mutations from supramolecular structures. (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Hijikata, T. Tsuji, M. Shionyu and T. Shirai
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 7 ページ: 8541
  • DOI: 10.1038/s41598-017-08902-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular mechanism and structural basis of gain-of-function of STAT1 caused by pathogenic R274Q mutation. (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Fujiki, A. Hijikata, T. Shirai, S. Okada, M. Kobayashi and O. Ohara
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 292 ページ: 6240-6254
  • DOI: 10.1074/jbc.M116.753848
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] タンパク質超分子複合体構造から読み解くミスセンス変異と疾患表現型との関係 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土方敦司、辻敏之、塩生真史、白井剛
  • 学会等名: 第5回NGS現場の会
  • 招待講演
• [学会発表] 選択的スプライシングにより作られるタンパク質の機械学習による機能性予測 (2017)
  • 著者名/発表者名: Pramote Teerasetmanakul、塩生真史
  • 学会等名: 第17回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] 超分子複合体から読み解くミスセンス変異と疾患表現型の関係 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土方敦司、辻敏之、塩生真史、白井剛
  • 学会等名: 第17回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Estimating functionality of expression-unconfirmed splicing isoforms at the protein level (2017)
  • 著者名/発表者名: 塩生真史、Pramote Teerasetmanakul
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Towards predicting functional consequences of genetic variants in humans through supramolecular complex structures (2017)
  • 著者名/発表者名: 土方敦司、辻敏之、塩生真史、白井剛
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Decoding disease-causing mechanisms of missense mutations from supramolecular structures (2017)
  • 著者名/発表者名: 土方敦司、辻敏之、塩生真史、白井剛
  • 学会等名: 第6回生命医薬情報連合大会(IIBMP2017)
• [学会発表] Het-PDB Navi2: タンパク質 _ 低分子複合体構造から得られる相互作用部位のデータベース (2017)
  • 著者名/発表者名: 塩生真史、郷 通子
  • 学会等名: トーゴーの日2017
• [学会発表] Mutation@A Glance: ヒト遺伝子バリアント統合可視化ツール (2017)
  • 著者名/発表者名: 土方敦司、白井剛
  • 学会等名: トーゴーの日2017
• [学会発表] Mutation@A Glance: ヒトにおける意義不明バリアントの解明を目指した統合解析ツール (2017)
  • 著者名/発表者名: 土方敦司、白井剛
  • 学会等名: 2017年度生命科学系合同年次大会(ConBio2017)
• [備考] AS-ALPS
  • URL: http://as-alps.nagahama-i-bio.ac.jp/
• [備考] Het-PDB Navi2
  • URL: http://hetpdbnavi.nagahama-i-bio.ac.jp/
• [備考] Mutation@A Glance
  • URL: http://mutaion.nagahama-i-bio.ac.jp/