サポートベクターマシン(SVM)を用いたドメイン境界を同定する予測システムの開発

2007 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 18500225
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体生命情報学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 黒田 裕 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究院, 准教授 (10312240)
• 研究分担者: 藤 博幸 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (70192656)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• キーワード: ドメイン境界予測 / SVM / 構造ドメイン / ドメインリンカー / 機械学習 / 網羅的 / コンピュータを用いた

研究概要

本研究課題では、構造及び機能未知の新規蛋白質のドメイン領域をそのアミノ酸配列のみから同定/推定する方法を開発しました。このように、Pfam,PrositeやSMARTなどの既存のドメイン・データベースに頼らないドメイン領域予測法はごく最近まで、あまり研究されておらず、独創的な発想に基づいているといえます。
本研究では、ドメインそのものではなく、比較的短い15残基程度のドメイン境界領域(リンカー領域)を予測するストラテジーによって、効率的な予測を可能にしました。具体的には、コイル(ループ)からなるドメイン境界領域(以下、ドメインリンカー)を識別するサポートベクターマシン(Support Vector Machine、以下SVM)を構築し、新規のドメインリンカー予測法を開発しました。また、予測精度の向上を目的とし、PSSM(Position Specific Scoring Matrix)情報を利用する予測手法(1stSVM)および、PSSM情報と予測二次構造情報を統合的に利用する2段階目の予測機(2ndSVM)を構築しました。本研究で開発した方法を用いると、ランダム選択又は従来の方法を用いてドメイン境界領域を予測した場合より明らかに予測効率が向上することがわかりました。
本研究成果となるSVMによるドメイン境界の予測法は、インターネットで公開しており、URLにはスイス・バオインフォマティクス研究所SwissProt/Expasyからもリンクが張ってあります。また、6月にCairns(オーストラリア)で開催されるPRICIPS2008で博士後期課程の大学院生が本研究成果を発表する予定です(日本蛋白質科学会若手旅費援助金授与)。

研究成果

• [雑誌論文] Functional annotation by sequence-weighted structure alignments: Statistical analysis and case studies from the Protein 3000 structural genomics project in Japan (2008)
  • 著者名/発表者名: Standley, DM., Toh, H., Nakamura, H.
  • 雑誌名: Proteins (In press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional annotation by sequence-weighted structure alignments : Statistical analysis and case studies from the Protein 3000 structural genomics project in Japan (2008)
  • 著者名/発表者名: DM., Standley, H., Toh, H., Nakamura
  • 雑誌名: Proteins (In press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Methods for Enhancing Protein Solubility and the Effect of SEP-Tags on Protein Solubility (in Japanese) (2008)
  • 著者名/発表者名: A., IKato, N., zumikawa, Y., Kuroda
  • 雑誌名: SeibutsuButsuri 48 3) ページ: 185-189
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Thermodynamic properties of BPTI variants with highly simplified amino acid sequences (2007)
  • 著者名/発表者名: Kato, A., Yamada, M., Nakamura, S., Kidokoro. S-I., Kuroda, Y.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol 372(3) ページ: 737-746
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] ASH structure alignment package: sensitivity and selectivity in domain classification (2007)
  • 著者名/発表者名: Standley, DM., Toh., H., Nakamura H.
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 8:118 ページ: 電子雑誌
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] POODLE-L: A two-level SVM prediction system for reliably predicting long disordered regions (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirose, S., Shimizu, K., Kanai, S., Kuroda, Y., and Noguchi T.
  • 雑誌名: Bioinformatics 8 ページ: 2046-2053
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutational analysis of protein solubility enhancement using short peptide tags (2007)
  • 著者名/発表者名: Kato, A., Maki K., Ebina, T., Kuwajima, K., Soda, K., and Kuroda, Y.
  • 雑誌名: Biopolymers 84(2) ページ: 12-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Part Tree: an algorithm to build an approximate tree from a large number of unaligned sequences (2007)
  • 著者名/発表者名: Kato K., Toh H.
  • 雑誌名: Bioinformatics 23 ページ: 372-374
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] ASH structural alignment package: Sensitivity and selectivity in domain classification (2007)
  • 著者名/発表者名: Standley D. M., Toh H., Nakamura H.
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 8 ページ: 116
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic properties of BPTI variants with highly simplified amino acid sequences (2007)
  • 著者名/発表者名: A., Kato, M., Yamada, S., Nakamura, S-I., Kidokoro. Y., Kuroda
  • 雑誌名: J. Mol. Biol 372(3) ページ: 737-746
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] ASH structure alignment package : sensitivity and selectivity in domain classification (2007)
  • 著者名/発表者名: DM., Standley, H., Toh., H., Nakamura
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 8 ページ: 118
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] POODLE-L : A two-level SVM prediction system for reliably predicting long disordered regions (2007)
  • 著者名/発表者名: S., Hirose, K., Shimizu, S., Kanai, Y., Kuroda, T., Noguchi
  • 雑誌名: Bioinformatics 8 ページ: 2046-2053
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mutational analysis of protein solubility enhancement using short peptide tags (2007)
  • 著者名/発表者名: A., Kato, K., Maki, T., Ebina, K., Kuwajima, K., Soda, Y., Kuroda
  • 雑誌名: Biopolymers 84(2) ページ: 12-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] PartTree : an algorithm to build an approximate tree from a large number of unaligned sequences (2007)
  • 著者名/発表者名: K., Kato, H., Toh
  • 雑誌名: Bioinformatics 23 ページ: 372-374
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] ASH structural alignment package : Sensitivity and selectivity in domain classification (2007)
  • 著者名/発表者名: D.M., Standley, H., Toh, H., Nakamura
  • 雑誌名: BMC Bioinformatic 8 ページ: 116
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] SEIBUTUBUTSURI-HANDBOOK (Artificial design of protein : Handbook of Biophysics, in Japanese) (2007)
  • 著者名/発表者名: Y., Kuroda (contribution to)
  • 雑誌名: Published by Asakura Shoten, (Editor Ishiwatari, S., et. al.) 680 ページ: 491-492
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of putative domain linkers by a neural network-application to a large sequence database- (2006)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki S., Kuroda Y., Yokoyama S.
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 7 ページ: 323
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of putative domain linkers by a neural network-application to a large sequence database- (2006)
  • 著者名/発表者名: S., Miyazaki, Y., Kuroda, S., Yokoyama
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 7 ページ: 323
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Accurate domain linker prediction by Support Vector Machine (2008)
  • 著者名/発表者名: Ebina, T., Toh, H., and Kuroda, Y.
  • 学会等名: Joint 4th AOHUPO(Asian Oceania Human Proteome Organization)and PRICPS(Pacific Rim International Conference on Protein Science)
  • 発表場所: ケアンズ(オーストラリア)
  • 年月日: 2008-06-23
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Accurate domain linker prediction by Support Vector Machine (2008)
  • 著者名/発表者名: T., Ebina, H., Toh, Y., Kuroda
  • 学会等名: Joint 4th Asian Oceania Human Proteome Organization and Pacific Rim International Conference on Protein Science
  • 発表場所: Cairns (Australia)
  • 年月日: 2008-06-23
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Trajectory analysis of GFP mutant by Molecular Dynamics Simulation (2007)
  • 著者名/発表者名: T., Kobayashi, T., Kamioka, R., Akada, M., Yohda, Y., Kuroda
  • 学会等名: The 45Th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20071221-23
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Prediction of protein structural flexibility from an amino acid sequence (2007)
  • 著者名/発表者名: S., Hirose, K., Yokota, Y., Kuroda, H., Wako, S., Kanai, T., Noguchi
  • 学会等名: The 45Th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20071221-23
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Statistical analysis structural descriptors for efficient structural alignment (2007)
  • 著者名/発表者名: R., Yajima, Y., Kuroda
  • 学会等名: The 45Th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20071221-23
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Loop legth dependent SVM prediction of domain linkers (2007)
  • 著者名/発表者名: T., Ebina, H., Toh, Y., Kuroda
  • 学会等名: The 45Th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20071221-23
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Analysis of internal and external motion in protein structure (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirose S, Yokota K, Kuroda Y, Wako H, Kanai S, and Noguchi T.
  • 学会等名: JSBi2007日本バイオインフォマティクス学会年会
  • 発表場所: 日本科学未来館(台場)
  • 年月日: 20071217-19
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Analysis of internal and external motion in protein structure (2007)
  • 著者名/発表者名: S., Hirose K., Yokota Y., Kuroda H., Wako S., Kanai T., Noguchi
  • 学会等名: The 2007 Annual Conference of Japanese Society for Bioinformatics
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20071217-19
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Analysis of disorder regions for functional domain (2007)
  • 著者名/発表者名: S., Hirose, Y., Kuroda, S., Kanai, T., Noguchi
  • 学会等名: The 7Th Annual Meeting of the Protein Science Society of Japan
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 20070524-26
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Development and evaluation of parameters for protein structural comparison (2007)
  • 著者名/発表者名: R., Yajima, Y., Kuroda
  • 学会等名: The 7Th Annual Meeting of the Protein Science Society of Japan
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 20070524-26
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Trajectory analysis of GFP mutant by Molecular Dynamics Simulation (2007)
  • 著者名/発表者名: T., Kobayashi, Y., Miyata, M., Yohda, Y.,Kuroda
  • 学会等名: The 7Th Annual Meeting of the Protein Science Society of Japan
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 20070524-26
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] MDシミュレーションによるGFP変異体のトラジェクトリ解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林貴幸、上岡哲矢、朱田梨恵、養王田正文、黒田裕
  • 学会等名: 日本生物物理学会第45回年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2007-12-22
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] アミノ酸配列から蛋白質の構造的揺らぎ領域の予測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬修一、横田恭宜、黒田裕、輪湖博、金井理、野口保
  • 学会等名: 日本生物物理学会第45回年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2007-12-21
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 蛋白質構造アライメントのための構造指標の統計的評価法 (2007)
  • 著者名/発表者名: 矢島龍、黒田裕
  • 学会等名: 日本生物物理学会第45回年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2007-12-21
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] ループ長依存性を利用したSVWによるドメインリンカー予測法の開発 (2007)
  • 著者名/発表者名: 蛯名鉄平、藤博幸、黒田裕
  • 学会等名: 日本生物物理学会第45回年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2007-12-21
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] タンパク質機能ドメインに対するdisorder領域の解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬修一、黒田裕、金井理、野口保
  • 学会等名: 第7回蛋白質科学会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2007-05-26
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 蛋白質構造比較パラメータの開発とその評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 矢島龍, 黒田裕
  • 学会等名: 第7回蛋白質科学会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2007-05-26
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] MDシミュレーションを用いたGFP変異体のトラジェクトリ解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林貴幸, 宮田裕介, 養王田正文, 黒田裕
  • 学会等名: 第7回蛋白質科学会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2007-05-24
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Domain linker prediction using a support vector machine (SVM) (2006)
  • 著者名/発表者名: T., Ebina, T., Arai, H., Toh, Y., Kuroda
  • 学会等名: Fifth East Asian Biophysics Symposium & Forty-Fourth Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Okinawa
  • 年月日: 2006-11-26
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] DOMAIN LINKER PREDICTION USING A SUPPORT VECTOR MACHINE(SVM) (2006)
  • 著者名/発表者名: Teppei Ebina, Takao Arai, Hiroyuki Toh, Yutaka Kuroda
  • 学会等名: 第5回東アジア生物物理シンポジウム・日本生物物理学会第44回年会 合同会議
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター
  • 年月日: 2006-11-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] 生物物理48(3)「タンパク質溶解性向上技術〜SEP-tagについて〜」 (2008)
  • 著者名/発表者名: 加藤淳、泉川直重、黒田裕
  • 総ページ数: (185-189)
  • 出版者: 生物物理
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] タンパク質の人工設計:「生物物理ハンドブック」石渡信一、桂勲、桐野豊、美宅成樹 編集 (2007)
  • 著者名/発表者名: 黒田裕
  • 総ページ数: 680(491-492)
  • 出版者: 朝倉書店
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [備考] 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • URL: http://www.tuat.ac.jp/~domserv/cgi-bin/DLP-SVM.cgi