質量分析によるアミノ酸配列de novo決定のための新規手法開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H03245
• 研究機関: 富山国際大学
• 研究代表者: 河野 信 富山国際大学, 現代社会学部, 准教授 (40470075)
• 研究分担者: 岩崎 未央 京都大学, iPS細胞研究所, 特定助教 (10722811) ; 小林 大樹 新潟大学, 医歯学系, 助教 (20448517) ; 吉沢 明康 京都大学, 薬学研究科, 特定助教 (70551159)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: プロテオーム / 質量分析 / アミノ酸配列決定 / アミノ酸組成分析 / de novo sequencing

研究実績の概要

本研究の目的は、アミノ酸配列の配列データベースを用いない同定（de novo sequencing）を行うにあたって、通常はアルゴリズムを用いて情報学的に行われてきた配列候補の絞り込み（枝刈り）を、新規の実験系から取得した物性情報を用いることによる実験情報に基づく枝刈りに代えることによって、既存手法の問題点を回避した新規手法を開発することである。ただし本年度は、「8.進捗状況」にも記載したようにCOVID-19蔓延の影響を受けて様々な点で研究遂行が妨げられた。このため、当初の計画に比べて達成できた内容が少ない。具体的には以下の項目を実施した。
・情報学的研究：de novo sequencingを行うための先行ソフトウェアであるPEAKS（商用ソフト）を用いたベンチマーク実験を実施し、特にsequencingに失敗するアミノ酸配列の特徴について調査した。
・情報学的研究：de novo sequencingを行うときに、アミノ酸配列の絞り込み（枝刈り）を行うのに有効と思われる物性情報を探索するために、仮想配列のデータベースを用いたde novo sequencing法のシミュレーションを行った。
・情報学的研究：本手法を実装して公開するためのオープンソース・ソフトウェア・プラットフォーム（Mass++ ver.4）の開発に着手した（本件は、本研究グループ以外との共同開発である）。
・実験的研究：ベンチマークに用いる予定の合成ペプチドの作成を行い、マススペクトルおよび液体クロマトグラフィーの保持時間の情報を質量分析計を用いて取得した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究分担者が各大学に在籍しているが、COVID-19の影響で大学間の行き来が困難となり、さらに物品の調達が困難となったことで、研究遂行に遅れが生じた。

今後の研究の推進方策

本年度は、昨年度に引き続き以下の3項目の開発を目指す。
(1)ペプチド物性情報の取得手法確立[実験系/情報系]
(2)ペプチド物性情報を併用した配列決定アルゴリズムの開発[情報系]
(3)ペプチド配列からタンパク質配列を再構成する手法の開発[実験系/情報系]

研究成果

• [国際共同研究] European Bioinformatics Institute(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: European Bioinformatics Institute
• [国際共同研究] Institute for Systems Biology/University of California San Diego(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Institute for Systems Biology/University of California San Diego
• [雑誌論文] Universal Spectrum Identifier for mass spectra (2020)
  • 著者名/発表者名: Deutsch Eric W., Perez-Riverol Yasset, Carver Jeremy, Kawano Shin, Mendoza Luis, Van Den Bossche Tim, Gabriels Ralf, Binz Pierre-Alain, Pullman Benjamin, Sun Zhi, Shofstahl Jim, Bittremieux Wout, Mak Tytus D., Klein Joshua, Zhu Yunping, Lam Henry, Vizcaino Juan Antonio, Bandeira Nuno
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 415539 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1101/2020.12.07.415539
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] An extension of Mass++ ver.4, a data viewer, for proteome analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S., Murase, M., Kato, M., Tabata, T., Kusano, M., Kawano, S., Goto, S., Ishihama, Y., Yoshizawa, A.C.
  • 学会等名: ASMS 2020 Reboot
  • 国際学会
• [学会発表] 質量分析インフォマティクスの世界：どこから来て、何者で、どこに向かうのか (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉沢 明康
  • 学会等名: 第9回生命医薬情報学連合大会
  • 招待講演