| 研究課題/領域番号 |
25280109
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| 研究機関 | 長浜バイオ大学 |
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研究代表者 |
白井 剛 長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 教授 (00262890)
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| 研究分担者 |
真柳 浩太 九州大学, 生体防御医学研究所, 助教 (50418571)
大山 拓次 山梨大学, 総合研究部, 助教 (60423133)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 生体生命情報学 / 分子機械 / 高分子構造・物性 アルゴリズム / 生体超分子構造 |
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| 研究実績の概要 |
1) 代謝-構造相関のグラフデータベース化：平成26年度は天然生理活性分子(主に植物の産生する生薬)の構造分類に本研究で開発したグラフマッチの方法を応用し、Molecular Informatics誌2014 Best Paper Awardを受賞した。開発研究においては、生体分子複合体のグラフ表現と比較法の開発を行った。これは低分子やDNAなどのリガンドも含めた比較が可能なデータ形式であり、これまでに例のないものである。生体分子複合体グラフは公開中のSIRD(http://sird.nagahama-i-bio.ac.jp/sird/)から閲覧可能である。加えて、進化系統樹(木グラフ)のグラフ比較法の開発に着手し、グラフ表示ツールを作成した。この方法は、異なる遺伝子やタンパク質について作成された系統樹を重ね合わせる事ができる。これらを組み合わせることで、多様な階層の情報をグラフにより統一的に解析する当初の目的のための基盤が整うことになる。
2) 複合体モデル-実験データのグラフによる比較：平成26年度は、予想された複合体モデルと実験データの整合性を低分解能の密度マップと分子モデルの比較で行う事を目的として、グラフマッチによる複合体構造と密度マップの比較法の開発を継続した。暫定的な結果として、密度マップを形状に従ってグラフ化して、タンパク質複合体構造グラフと比較する方法には、現在のグラフマッチのパラメータ、特にエッジの定義の調整が必要であることが示唆された。
3) 実験的検証：実験的検証として複合体構造解析を行った。NucS-DNA複合体およびRecJ-GINS複合体の結晶化に成功し、X線結晶解析により構造モデルを構築した。また、NucS-PCNA-DNA複合体について電子顕微鏡解析により計算機モデリングの結果を支持するデータが得られ、論文作成中である。NucSについては九州大学、タカラバイオと共同で利用法特許を出願した。FEN-Lig-PCNA-DNA複合体においては暫定的な三次元再構成像が得られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
1) 生理的複合体グラフ推定法の開発
分子間相互作用グラフ化および複合体グラフのグラフマッチについては、ほぼ予定通り達成できた。電子顕微鏡単粒子解析などで得られる低分解能の密度マップと分子モデルの比較をグラフマッチにより行う方法の開発では成果で述べたように、グラフマッチのパラメータ特にエッジの定義の調整が必要である事が判明した。この検討に時間を要したため、この項目に関して計画より大幅に遅れている。
2) 複合体構造モデリングシステムと実験データによる検証
グラフベースのモデリングシステムとして、複合体モデリングの参考になるテンプレート構造を簡便にを検索できるシステムをDNAポリメラーゼ-Fenヌクレアーゼ-PCNA-DNA複合体およびNucS-PCNA-DNA複合体の電子顕微鏡解析、NucS-DNA複合体のX線結晶解析に応用して結果が得られた事から、ほぼ計画通りに進行していると思われる。
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| 今後の研究の推進方策 |
1) 代謝-構造相関のグラフデータベース化：平成26年度は、天然生理活性分子(生薬)の構造分類の報告は高い評価を受けた(Molecular Informatics誌2014 Best Paper Award)。そこで平成27年度は最終年度である事を考慮して、この方法を代謝物や医薬品にまで拡張して、代謝および代謝調整と構造相関の解析を行う。具体的には、代謝物分子の代謝過程、および医薬品や天然生理活性分子との構造類似性をエッジとしたグラフからグラフモチーフ(分子構造類似性と機能のパターン)を抽出する方法を開発する。また平成26年度までに開発した進化系統樹(木グラフ)のグラフ比較法、および生体分子複合体のグラフ表現と比較法と組み合わせることで、多様な階層の情報をグラフにより統一的に表現し解析するという当初の目的を達成する。
2) 複合体モデル-実験データのグラフによる比較：平成26年度までの暫定的な結果として、グラフ内により詳細な構造情報を保持する方法が必要である事が示された。そこで平成27年度は最終年度である事を考慮して、この方針に沿ったグラフマッチ法の改良を行う。特に以下の実験的検証と組み合わせて、本研究から提出される実験データを十分に解析できることを最大の目的に置く。
また、平成26年度までの研究の成果として得られた、タンパク質相互作用グラフを利用した複合体モデリングの手法を、応用を目的として、ゲノムワイド関連解析などの疾患変異データの解析に利用する方法を開発する。
3) 実験的検証：実験的検証として複合体構造解析を継続する。平成27年度は最終年度であることから、これまでの研究から成果の見込まれるRecJ-GINS複合体（X線結晶解析）、FEN-Lig-PCNA-DNA複合体、NucS-PCNA-DNA複合体(電子顕微鏡解析)の解析完了と報告を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
成果で述べたように平成26年度の研究開発において、電子顕微鏡単粒子解析などで得られる低分解能の密度マップと分子モデルの比較をグラフマッチにより行う方法の開発で、グラフマッチのパラメータ特にエッジの定義の調整が必要である事が判明した。この検討に時間を要したためプログラム仕様の作成が遅れ、謝金の次年度支出をせざるを得なくなった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成27年度中に、本来予定していた研究補助の雇用によるシステム作成の為の仕様策定を行い、人件費として支出する計画である。
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