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

2021 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: タンパク質 / 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、新規の実験系などから取得した物性情報などの実験情報に基づく枝刈りに替え、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。ただし本年度も昨年度に引き続き、「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出張やオンサイトでの会合などがほぼ不可能で、オミクロン株の流行が一段落した年度末まで研究遂行が妨げられた。具体的には以下の項目を実施した。
・情報学的研究：de novo sequencingを行うためのアミノ酸配列seedの決定用に、短いアミノ酸配列（配列タグ）を機械学習で決定する方針を固め、機械学習を行うための準備を行った。
・情報学的研究：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として、アミノ酸組成に加え、高速液体クロマトグラフィーの保持時間予測（近年深層学習の利用によって劇的な精度向上が見られた）を利用できる、と結論した。
・情報学的研究：昨年度に開発に着手した、本手法実装公開用のオープンソース・ソフトウェア・プラットフォーム（Mass++ ver.4）の開発を継続し、プラットフォーム部分のベータ版を公開した（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：複数の合成ペプチドに対して複数の酵素を用いて消化実験を行い、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情報の取得を行った。さらに、新手法の有用性を示すために既存のde novo検索ソフトによる検索を行った。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

今年度もCOVID-19の影響により、各大学に在籍している分担研究者の行き来が困難であった。また、世界的な半導体不足により、物品の調達が困難となった。

今後の研究の推進方策

本年度は、引き続き以下の4項目（(1)は新規、(2)~(4)は継続）の開発を目指す。
(1) 短いペプチド配列（配列タグ）を同定する判定器を作製するための機械学習[情報系]
(2) ペプチド物性情報の取得手法確立[実験系/情報系] 特に、ペプチドの溶出時間に関してアミノ酸情報を利用した溶出時間予測を行う。
(3) 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]
(4) 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 (2021)
  • 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、Vizca?no Juan Antonio、Bandeira Nuno
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 18 ページ: 768～770
  • DOI: 10.1038/s41592-021-01184-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Proteomics Standards Initiatives ProForma 2.0 Unifying the encoding of Proteoforms and Peptidoforms (2021)
  • 著者名/発表者名: Richard D. LeDuc, Eric W. Deutsch, Pierre-Alain Binz, Ryan T. Fellers, Anthony J. Cesnik, Joshua A. Klein, Tim Van Den Bossche, Ralf Gabriels, Arshika Yalavarthi, Yasset Perez-Riverol, Jeremy Carver, Wout Bittremieux, Shin Kawano, Benjamin Pullman, Nuno Bandeira, Neil L. Kelleher, Paul M. Thomas, Juan Antonio Vizcaino
  • 雑誌名: arXiv 巻: 2109 ページ: 1-61
  • DOI: 10.48550/arXiv.2109.11352
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] jPOSTの現状とプロテミクスデータの標準化に向けた国際連携 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河野信
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2021年大会
  • 招待講演
• [学会発表] The HUPO-PSI Universal Spectrum Identifier (USI) for mass spectra (2021)
  • 著者名/発表者名: Tim Van Den Bossche, Eric W. Deutsch, Yasset Perez-Riverol, Jeremy Carver, Shin Kawano, Luis Mendoza, Ralf Gabriels, Pierre-Alain Binz, Benjamin Pullman, Zhi Sun, Jim Shofstahl, Wout Bittremieux, Tytus D. Mak, Joshua Klein, Yunping Zhu, Henry Lam, Juan Antonio Vizcaino, and Nuno Bandeira
  • 学会等名: HUPO reconnect 2021
  • 国際学会
• [学会発表] マススペクトルに於けるペプチドイオンピークの深層学習による検出法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉沢明康
  • 学会等名: 第17回日本臨床プロテオゲノミクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] jPOSTdb: COVID-19データベースの構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉沢明康，守屋勇樹，小林大樹，張智翔，奥田修二郎，田畑剛，河野信，幡野敦，高見知代，松本雅記，山ノ内祥訓，荒木令江，岩崎未央，杉山直幸，福島敦史，田中聡，五斗進，石濱 泰
  • 学会等名: トーゴーの日シンポジウム2021
• [学会発表] jPOSTrepoメタデータのSDRF化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 有馬佳奈美、岡本瑠璃、小林大樹、吉沢明康、河野信
  • 学会等名: トーゴーの日シンポジウム2021
• [図書] 遺伝学の百科事典 (2022)
  • 著者名/発表者名: 日本遺伝学会
  • 総ページ数: 690
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 978-4-621-30660-4