アブイニシオ代謝経路再構築へ向けた反応ネットワーク予測

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 生合成マシナリー：生物活性物質構造多様性創出システムの解明と制御
• 研究課題/領域番号: 25108714
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小寺 正明 東京工業大学, 生命理工学研究科, 講師 (90643669)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 代謝経路 / 代謝ネットワーク / 化合物 / 酵素反応 / 構造比較 / バイオインフォマティクス

研究実績の概要

代謝経路解析は代謝工学だけでなく、計画的な創薬研究にも重要である。しかし、薬理活性のある天然物やその他の代謝物の数に比べて、その生合成・生分解経路が明らかになっているものの数は極めて少ない。そこで本研究では、メタボローム（網羅的代謝解析）スケールの多数の化合物に対し、その化学構造データのみから新規代謝経路を推定する手法の開発を進めている。既知の代謝経路中の反応パターンを用いた解析から、代謝経路中の酵素反応はただ無秩序に並んでいるのではなく、保存された連続反応モジュールが存在していることが知られ、それらの中にはゲノム中の遺伝子クラスター構造と対応関係にあるものもある。このような知見から我々は、代謝経路を構成する反応のひとつひとつを単独で取り扱うだけでなく、連続反応を考慮に入れた研究を行なった。本研究では先行研究の「酵素反応らしさ」をより一般化した「kステップ反応らしさ」を扱い、２つの化合物が与えられたとき、その出発物質と最終産物が何ステップの反応で結ばれるか、そしてその中間体構造は何かを推定する問題を解いた。様々な化合物表現法と予測法による予測精度を比較した結果、KCF-Sベクトルを用いたL1SVMが最も良好であることが分かった。以上の結果は、生命情報学分野で世界最大の国際学会であるISMB 2014に採択され口頭発表した上、同分野での最有力誌であるBioinformatics誌に掲載された。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] PIERO ontology for analysis of biochemical transformations: Effective implementation of reaction information in the IUBMB Enzyme List (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Kotera, Yosuke Nishimura, Zen-ichi Nakagawa, Ai Muto, Yuki Moriya, Shinobu Okamoto, Shuichi Kawashima, Toshiaki Katayama, Toshiaki Tokimatsu, Minoru Kanehisa, and Susumu Goto
  • 雑誌名: Journal of Bioinformatics and Computational Biology 巻: 21 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1142/S0219720014420013
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] WURCS: The Web3 Unique Representation of Carbohydrate Structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Tanaka, Kiyoko Aoki-Kinoshita, Masaaki Kotera, Hiromichi Sawaki, Shinichiro Tsuchiya, Noriaki Fujita, Toshihide Shikanai, Masaki Kato, Shin Kawano, Issaku Yamada, Hisashi Narimatsu
  • 雑誌名: Journal of Chemical Information and Modeling 巻: 54 ページ: 1558-1566
  • DOI: 10.1021/ci400571e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DINIES: drug-target interaction network inference engine based on supervised analysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Yamanishi, Masaaki Kotera, Yuki Moriya, Ryusuke Sawada, Minoru Kanehisa, Susumu Goto
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 42 ページ: W39-W45
  • DOI: 10.1093/nar/gku337
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Metabolome-scale prediction of intermediate compounds in multi-step metabolic pathways with a recursive supervised approach (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Kotera, Yasuo Tabei, Yoshihiro Yamanishi, Ai Muto, Yuki Moriya, Toshiaki Tokimatsu, Susumu Goto
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 30 ページ: i165-i174
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btu265
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Predictive genomic and metabolomic analysis for the standardization of enzyme data (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Kotera, Susumu Goto and Minoru Kanehisa
  • 雑誌名: Perspectives in Science 巻: 1 ページ: 24-32
  • DOI: doi:10.1016/j.pisc.2014.02.003
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Benchmarking a wide range of chemical descriptors for drug-target interaction prediction using a chemogenomic approach (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Sawada, Masaaki Kotera, and Yoshihiro Yamanishi
  • 雑誌名: Molecular Informatics 巻: 33 ページ: 719-731
  • DOI: DOI: 10.1002/minf.201400066
  • 査読あり
• [学会発表] PIERO ontology for analysis of biochemical transformations: Effective implementation of reaction information in the IUBMB Enzyme List (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Kotera
  • 学会等名: GIW / ISCB-Asia 2014
  • 発表場所: 等強国際交流館（東京・お台場）
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-17
  • 招待講演
• [学会発表] Metabolome-scale prediction of intermediate compounds in multi-step metabolic pathways with a recursive supervised approach (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Kotera
  • 学会等名: 生命医薬情報学連合大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（仙台市）
  • 年月日: 2014-10-02 – 2014-10-04
  • 招待講演
• [学会発表] Metabolome-scale prediction of intermediate compounds in multi-step metabolic pathways with a recursive supervised approach (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Kotera
  • 学会等名: ISMB 2014
  • 発表場所: ボストン
  • 年月日: 2014-07-11 – 2014-07-15
  • 招待講演