(57)【要約】【課題】タンパク質側鎖について、構造パターンのコードを利用することによりその構造を簡便に評価、解析することができるタンパク質の構造評価装置、方法、プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。【解決手段】タンパク質分子の側鎖の構造を表す側鎖基準分子モデルについて、化学結合部位毎にその立体構造を予め定められたコードを用いて表記することにより側鎖基準パターンを作成すると共に、解析対象とするタンパク質分子の側鎖の構造を表す分子モデルについて、化学結合部位毎にその立体構造を上記コードにより表記する。そして、解析対象とするタンパク質分子の側鎖の構造に応じて表記されたパターンと側鎖基準パターンとを対応する化学結合部位毎に比較し、両パターンが一致する化学結合部位の構造を組み合わせることによって、当該側鎖の構造を決定する。【選択図】図２
2014233228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンパク質分子の側鎖の構造を表す側鎖基準分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を予め定められたコードを用いて表記することにより、側鎖基準パターンを作成する第一のステップと、
解析対象とするタンパク質分子の側鎖の構造を表す分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を前記コードにより表記する第二のステップと、
前記第二のステップで表記されたパターンと前記側鎖基準パターンとを対応する化学結合部位毎に比較し、両パターンが一致する化学結合部位を特定する第三のステップと、
前記一致する化学結合部位の構造を組み合わせることによって、前記解析対象とするタンパク質分子の側鎖の構造を決定する第四のステップとを有するタンパク質の構造評価方法。
【請求項２】
タンパク質分子の主鎖の構造を表す主鎖基準分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を予め定められたコードを用いて表記することにより、主鎖基準パターンを生成する第五のステップと、
解析対象とするタンパク質分子の主鎖の構造を表す分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を前記コードにより表記する第六のステップと、
前記第六のステップで表記されたパターンと前記主鎖基準パターンとを対応する化学結合部位毎に比較し、両パターンが一致する化学結合部位を特定する第七のステップと、
前記一致する化学結合部位の構造を組み合わせることによって、前記解析対象とするタンパク質分子の主鎖の構造を決定する第八のステップとをさらに有する請求項１に記載のタンパク質の構造評価方法。
【請求項３】
前記コードは、二面角位置コードと二面角分類コードを含む請求項１又は２に記載のタンパク質の構造評価方法。
【請求項４】
前記第三のステップでは、前記一致の有無を判別するのに必要なコードだけを用いることとする請求項１から３のいずれかに記載のタンパク質の構造評価方法。
【請求項５】
コンピュータに対して、タンパク質分子の側鎖の構造を表す側鎖基準分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を予め定められたコードを用いて表記することにより、側鎖基準パターンを作成させる第一の手順と、
解析対象とするタンパク質分子の側鎖の構造を表す分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を前記コードにより表記させる第二の手順と、
前記第二の手順で表記されたパターンと前記側鎖基準パターンとを対応する化学結合部位毎に比較し、両パターンが一致する化学結合部位を特定させる第三の手順と、
前記一致する化学結合部位の構造を組み合わせることによって、前記解析対象とするタンパク質分子の側鎖の構造を決定させる第四の手順とを実行させるタンパク質の構造評価プログラム。
【請求項６】
コンピュータに対して、タンパク質分子の主鎖の構造を表す主鎖基準分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を予め定められたコードを用いて表記することにより、主鎖基準パターンを生成させる第五の手順と、
解析対象とするタンパク質分子の主鎖の構造を表す分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を前記コードにより表記させる第六の手順と、
前記第六の手順で表記されたパターンと前記主鎖基準パターンとを対応する化学結合部位毎に比較し、両パターンが一致する化学結合部位を特定させる第七の手順と、
前記一致する化学結合部位の構造を組み合わせることによって、前記解析対象とするタンパク質分子の主鎖の構造を決定させる第八の手順とをさらに実行させる請求項５に記載のタンパク質の構造評価プログラム。
【請求項７】
コンピュータに対して、タンパク質分子の側鎖の構造を表す側鎖基準分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を予め定められたコードを用いて表記することにより、側鎖基準パターンを作成させる第一の手順と、
解析対象とするタンパク質分子の側鎖の構造を表す分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を前記コードにより表記させる第二の手順と、
前記第二の手順で表記されたパターンと前記側鎖基準パターンとを対応する化学結合部位毎に比較し、両パターンが一致する化学結合部位を特定させる第三の手順と、
前記一致する化学結合部位の構造を組み合わせることによって、前記解析対象とするタンパク質分子の側鎖の構造を決定させる第四の手順とを実行させるためのタンパク質の構造評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項８】
前記タンパク質の構造評価プログラムは、前記コンピュータに対して、タンパク質分子の主鎖の構造を表す主鎖基準分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を予め定められたコードを用いて表記することにより、主鎖基準パターンを生成させる第五の手順と、
解析対象とするタンパク質分子の主鎖の構造を表す分子モデルについて、化学結合部位毎に前記化学結合部位の立体構造を前記コードにより表記させる第六の手順と、
前記第六の手順で表記されたパターンと前記主鎖基準パターンとを対応する化学結合部位毎に比較し、両パターンが一致する化学結合部位を特定させる第七の手順と、
前記一致する化学結合部位の構造を組み合わせることによって、前記解析対象とするタンパク質分子の主鎖の構造を決定させる第八の手順とをさらに実行させるためのものである請求項７に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項９】
データを記憶する記憶部と、
タンパク質分子の１つ又は複数の基準となる構造パターンの立体配座構造の分子モデルを格納するデータベース部と、
タンパク質分子の１つ又は複数の基準となる構造パターンに対応するフラグメントの立体配座構造を示す第一の座標情報及び解析対象とするタンパク質分子の立体配座構造を示す第二の座標情報の入力を受け付け、前記第一の座標情報に対応する分子モデルを前記データベース部から取り出す入力部と、
前記入力部により取り出された前記分子モデルに対して、注目する化学結合部位を二面角位置コードで表記すると共に、各二面角位置コードに対して、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、前記符号化立体配座表記の中から構造相同性評価のための演算に必要な化学結合部位の表記を抽出し、抽出した表記を基準構造パターンとして、タンパク質分子主鎖については、２種類の基準構造パターン(3β5α4β，6α4β4β、数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、側鎖については、His、Leu、Metについては４種類(His: 3α3βc，1β3βc，3α2αc，1β2αc、Leu: 3α3α，1β3α，3α1β，1β1β、Met: 3α1α3β，1β1α3β，3α1α2α，1β1α2α、数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)、その他のアミノ酸残基については２種類(ARG: 3α1α1α1βefg，1β1α1α1βefg、ASN: 3α3αc，1β3αc、ASP: 3α4βc，1β4βc、CYS: 3αb，1βb、GLN: 3α1β4βd，1β1β4βd、GLU: 3α1β4βd，1β1β4βd、ILE: 3α1β，1β1β、LYS: 3α1α1β1αe，1β1α1β1αe、PHE: 3αb，1βb、PRO: 3β，2α、SER: 2αb，3βb、THR: 3βb，2αb、TRP: 3α5βc，1β5βc、TYR: 3αbc，1βbc、VAL: 3β，2α、数字，α，βは二面角分類コード、b，c，d，e，f，gは二面角位置コードを示す)の限られた、一義的にパターンの帰属を行うことが可能な構造パターンをあらかじめ前記記憶部に記憶させると共に、
入力部で入力を受け付けた前記第二の座標情報に対応する分子モデルにおいて、注目する化学結合部位を二面角位置コードで表記すると共に、各二面角位置コードに対して、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、前記符号化立体配座表記の中から構造相同性評価のための演算に必要な化学結合部位の表記を抽出して前記記憶部に記憶させ、
前記記憶部に記憶させた前記解析対象とするタンパク質分子の符号化立体配座表記に応じて、あらかじめ前記記憶部に記憶させていた前記基準構造パターンの中から比較対象とする基準構造パターンを選択し、
対応関係にある二面角位置における最初の位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った３個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
前記解析対象とするタンパク質と選択された前記基準構造パターンとを前記位置における前記集合の要素につき対比し、各二面角分類コードが帰属する集合の要素のうちで少なくとも１個の要素が共通しているか否かを判断し、共通している場合には一致するものと判定し、
全ての位置についての前記判定を行うことにより、個々の前記二面角位置コードに対応する前記二面角分類コードについての相同性を判断した後に、複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせの論理積演算を行うと共に、一致するものと判定された前記基準構造パターンについてマーキングする処理部と、
前記処理部により生成されたタンパク質分子の立体配座情報を表示する出力部とを備えたタンパク質の構造評価装置。
【請求項１０】
タンパク質分子の１つ又は複数の基準となる構造パターンに対応するフラグメントの立体配座構造の分子モデルにおいて、注目する化学結合部位を二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードとを組み合わせた符号化立体配座表記で表すことにより前記分子モデルの立体配座を一義的に決定し、構造相同性評価のための演算に必要な化学結合部位の表記を抽出し、抽出した表記をそれぞれ基準構造パターンとして、タンパク質分子主鎖については、２種類の基準構造パターン(3β5α4β，6α4β4β、数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、側鎖については、His、Leu、Metについては４種類(His: 3α3βc，1β3βc，3α2αc，1β2αc、Leu: 3α3α，1β3α，3α1β，1β1β、Met: 3α1α3β，1β1α3β，3α1α2α，1β1α2α、数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)、その他のアミノ酸残基については２種類(ARG: 3α1α1α1βefg，1β1α1α1βefg、ASN: 3α3αc，1β3αc、ASP: 3α4βc，1β4βc、CYS: 3αb，1βb、GLN: 3α1β4βd，1β1β4βd、GLU: 3α1β4βd，1β1β4βd、ILE: 3α1β，1β1β、LYS: 3α1α1β1αe，1β1α1β1αe、PHE: 3αb，1βb、PRO: 3β，2α、SER: 2αb，3βb、THR: 3βb，2αb、TRP: 3α5βc，1β5βc、TYR: 3αbc，1βbc、VAL: 3β，2α、数字，α，βは二面角分類コード、b，c，d，e，f，gは二面角位置コードを示す)の限られた、一義的にパターンの帰属を行うことが可能な構造パターンをあらかじめ決定する第一のステップと、
解析対象とするタンパク質分子の分子モデルに対して、注目する化学結合部位を二面角位置コードと360度を12分割して定められた二面角分類コードとを組み合わせた符号化立体配座表記で表すことにより前記解析対象とするタンパク質分子の分子モデルの立体配座を一義的に決定し、構造パターン解析のための演算に必要な化学結合部位の表記を抽出する第二のステップと、
前記第一のステップで得られた前記基準構造パターンの中から、前記第二のステップで得られた表記と比較しようとする前記基準構造パターンを選択する第三のステップと
対応関係にある二面角位置における最初の位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った３個の二面角分類コードを要素とする集合を作成する第四のステップと、
前記解析対象とするタンパク質及び前記第三のステップで選択された基準構造パターンの前記位置における前記集合の要素を対比させ、各二面角分類コードが帰属する集合の要素のうちで少なくとも１個の要素が基準構造パターンと共通しているか否かを検索し、共通している場合には基準構造パターンに一致すると判定する第五のステップと、
全ての位置について上記第二から第五のステップを繰り返すことにより、個々の前記二面角位置コードにおける前記二面角分類コードに関する相同性の判定を行う第六のステップと、
前記第六のステップで相同性があると判定された基準構造パターンに対応するフラグメントをマーキングすることによりタンパク質分子の立体配座情報を表示する第七のステップとを有するタンパク質の構造評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンパク質の構造を評価するための装置、方法、プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポストゲノム研究の進展に伴い、製薬業界において抗体医薬をはじめとするバイオ医薬品の開発が進められている。この抗体医薬はタンパク質と非常に深い関わりを持っており、もともと自然界に存在するものとは構造の異なる物質を人為的に設計していることから、さらなる安全性を保証する品質管理手法の確立が求められてきている。そして例えば抗体医薬の液体製剤化プロセス中に凍結乾燥工程があるが、その凍結乾燥前後の溶液中で抗体医薬の構造変化が起きていないことを簡易に確認する手段が求められている(非特許文献１)。
【０００３】
また、創薬の観点からは、タンパク質−リガンド分子間の相互作用の理解が重要であるため、数多くのタンパク質のＸ線結晶構造解析例が報告され、その一部は日本蛋白質構造データバンク(PDBj)などにおいてインターネットを介して公開されており(http://www.pdbj.org/)、近年のグラフィカルインターフェースの進歩と相まってリガンドとの相互作用によるタンパク質の構造変化の仕組みが解明され始めている。
【０００４】
このような状況の中、本発明者らは、生体分子をはじめとするキラリティーを有する物質の赤外円二色性(VCD)バンドが立体配座に対して極めて敏感であることを見出し(非特許文献２から５)、新たな立体配座解析手法を提案するとともに、その単純化モデル分子のアイデアから発想を得て、有機分子の立体配座を簡便に表記するためのコード化装置及び方法に関する提案を行った(特許文献１から４)。さらに、そのコードを利用してタンパク質やRNA分子等の主鎖の構造相同性を評価し、構造パターンを解析する装置及び方法に関する提案を行った(特許文献５)。
【０００５】
また、本発明者らは、前記構造パターンを解析する手法を用い、タンパク質主鎖についてアミノ酸残基毎の立体配座を整理すると、PDBファイルに登録されているαへリックス、βシート以外の構造もその多くがαへリックス型パターン及びβシート型パターンの組み合わせから出来ており、その他の型の構造パターンは非常に少ないことを報告した(非特許文献６)。この特徴を利用して文字列のファジー検索機能を組み合わせることにより、任意のタンパク質の構造データから共通する立体配座フラグメントを有する一連のタンパク質をデータマイニング可能なことも明らかにした(非特許文献６)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９９１１０６号明細書
【特許文献２】国際公開第２００８／１１７５７０号
【特許文献３】特開２００９−２６５８５５号公報
【特許文献４】米国特許出願公開第２００９／０２４８３２１号明細書
【特許文献５】特開２０１１−１９３８６８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】和泉博、「赤外円二色性(VCD)と立体配座コードを活用する医薬品の立体構造解析技術」、ファームテクジャパン(PHARM TECH JAPAN)、株式会社じほう、平成21年12月1日、第25巻、第14号、p.2771-2779
【非特許文献２】和泉博(H.Izumi)、他４名、「Direct Observation of Odd-Even Effect for Chiral Alkyl Alcohols in Solution Using Vibrational Circular Dichroism Spectroscopy」、Journal of the American Chemical Society、2004年、Vol.126、No.1、p.194-198
【非特許文献３】和泉博(H.Izumi)、他３名、「Fliplike Motion in the Thalidomide Dimer: Conformational analysis of (R)-Thalidomide Using Vibrational Circular Dichroism Spectroscopy」、The Journal of Organic Chemistry、2007年、Vol.72、No.1、p.277-279
【非特許文献４】和泉博(H.Izumi)、他３名、「Vibrational Circular Dichroism Analysis Reveals a Conformational Change of the Baccatin III Ring of Paclitaxel: Visualization of Conformations Using a New Code for Structure-Activity Relationships」、The Journal of Organic Chemistry、2008年、Vol.73、No.6、p.2367-2372
【非特許文献５】和泉博(H.Izumi)、他３名、「A Revised Conformational Code for the Exhaustive Analysis of Conformers with One-to-One Correspondence between Conformation and Code:Application to the VCD Analysis of (S)-Ibuprofen」、The Journal of Organic Chemistry、2009年、Vol.74、No.3、p.1231-1236
【非特許文献６】和泉博(H.Izumi)、他３名、「Data Mining of Supersecondary Structure Homology between Light Chains of Immunogloblins and MHC Molecules: Absence of the Common Conformational Fragment in the Human IgM Rheumatoid Factor」、Journal of Chemical Information and Modeling、2013年、Vol.53、No.3、p.584-591
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
タンパク質の主鎖については、構成する原子が共通するため容易に構造パターンを解析することが出来るが、側鎖については、構成する側鎖の原子の種類や数が異なっており、さらにはアミノ酸残基が規則的に出現することもないため、統計的な処理が容易でないという問題があった。
【０００９】
またそもそも、タンパク質の側鎖については、タンパク質−リガンド分子間認識において重要な役割を果たしているにもかかわらず、共有結合の自由度がより高いため、タンパク質の主鎖の二次構造のような特定の構造パターンが存在するか否かについても全くわかっていなかった。
【００１０】
本発明は、このような状況においてなされたもので、これまでタンパク質主鎖の二次構造のような特定の構造パターンを持たないと考えられてきたタンパク質側鎖について、構成原子の種類や数が異なり、アミノ酸残基が規則的に出現することもない場合においても、構造パターンのコードを利用することによりその構造を簡便に評価、解析することができるタンパク質の構造評価装置、構造評価方法、構造評価プログラム及び構造評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、タンパク質分子の側鎖の構造を表す側鎖基準分子モデルについて、化学結合部位毎にその立体構造を予め定められたコードを用いて表記することにより側鎖基準パターンを作成すると共に、解析対象とするタンパク質分子の側鎖の構造を表す分子モデルについて、化学結合部位毎にその立体構造を上記コードにより表記する。そして、解析対象とするタンパク質分子の側鎖の構造に応じて表記されたパターンと側鎖基準パターンとを対応する化学結合部位毎に比較し、両パターンが一致する化学結合部位の構造を組み合わせることによって、当該側鎖の構造を決定するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、これまでタンパク質主鎖の二次構造のような特定の構造パターンを持たないと考えられてきたタンパク質側鎖について、構成原子の種類や数が異なり、アミノ酸残基が規則的に出現することもない場合においても、構造パターンのコードを利用することによりその構造を評価、解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るタンパク質側鎖構造パターン評価装置のシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る解析処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】タンパク質分子のアミノ酸配列に対応した二面角位置コードの定義を示す図である。
【図４】符号化立体配座表記に用いる二面角分類コードを表す符号の分類を示す図である。
【図５】１つの符号化立体配座表記で複数の分子モデルが対応する場合に相対的な位置関係に基づくσ(シス)、τ(トランス)のような符号を用いて、一義的に立体配座を表記できるようにした例示を示す図である。
【図６】１つの分子モデルにおいて複数の符号化立体配座表記が可能となる場合の優先則を説明するための例示となる図である。
【図７】アミノ酸配列72-80番目における2w9eと1i4mの構造の違いを示す図である。
【図８】MHCクラスI分子とNK細胞レセプターLY49の相互作用による構造変化を示す図である。
【図９】Ｘ線結晶構造データ3kynB、3kyoB、2clzBの側鎖を省略したリボン表示の主鎖の分子モデルを示す図である。
【図１０】Ｘ線結晶構造データkynB、3kyoB、2clzBの側鎖をボール＆スティック表示で重ね書きした、リボン表示の主鎖の分子モデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。
なお、本明細書中に引用した技術文献、特許公報中の記載内容は、本発明の実施の形態に関する記載内容として参照されるものとする。
１．本発明の実施の形態に係るタンパク質側鎖構造パターン評価装置
図１は、本発明の実施の形態に係るタンパク質側鎖構造パターン評価装置のシステム構成図である。このタンパク質側鎖構造パターン評価装置は、表示部１、入力部２、処理部３、主記憶部４、出力部５、外部インターフェース(I/O)部６、データベース７を含み、各部はバス８により接続されている。このようなタンパク質側鎖構造パターン評価装置は、例えば、本発明の実施の形態に係る構造評価プログラムを取り込んだパーソナルコンピュータ等により構築することができる。
【００１５】
そして、上記構造評価プログラムのパーソナルコンピュータ等への取り込みは、例えば、上記構造評価プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録した上で、当該記録媒体をパーソナルコンピュータ等のドライブへ挿入し、当該プログラムをインストールすることによって実現することができる。
【００１６】
表示部１は、CRTや液晶ディスプレイ等よりなり、タンパク質側鎖構造パターン評価のための画面表示を行う。入力部２は、キーボード等の各種入力手段よりなり、ユーザが必要なデータや情報を入力するために用いる。処理部３は、CPUより構成することができ、タンパク質側鎖構造パターン評価のための各種制御、演算等を行う。主記憶部４は構造評価プログラム等を格納している。出力部５は、プリンタ等よりなり、ユーザに処理結果等を出力する。外部インターフェース(I/O)部６は、LANやインターネット等により他の端末機器等への接続を行う。データベース７は、タンパク質側鎖構造パターン評価のための各種データ等を書き換え可能に記憶する。
【００１７】
２．本発明の実施の形態において解析対象となる化合物
本発明の実施の形態に係るタンパク質側鎖構造パターン評価装置では、基本的にはタンパク質の主鎖及び側鎖の構造パターンを簡便に示すことに用いるため、本実施の形態において解析対象となる化合物は、アミノ酸が2〜10程度結合したオリゴペプチド、10〜100程度結合したポリペプチドのみならずタンパク質及び修飾タンパク質に対しても、アミノ酸配列で表記できる場合には適用可能であり、その際の構成アミノ酸は、グリシン(Gly)、アラニン(Ala)、バリン(Val)、ロイシン(Leu)、イソロイシン(Ile)、フェニルアラニン(Phe)、チロシン(Tyr)、トリプトファン(Trp)、セリン(Ser)、トレオニン(Thr)、システイン(Cys)、シスチン(CyS-SCy)、メチオニン(Met)、アスパラギン酸(Asp)、アスパラギン(Asn)、グルタミン酸(Glu)、グルタミン(Gln)、リシン(Lys)、アルギニン(Arg)、ヒスチジン(His)、プロリン(Pro)、セレノシステイン(Sec)、ヒドロキシプロリン、チロキシン、O-ホスホセリン、β-アラニン、等任意のアミノ酸がペプチド結合されていてよく、それぞれの構成アミノ酸がさらに他の官能基により修飾されていても良い。
【００１８】
このような本実施の形態において解析対象となる化合物としては、例えば、以下のような化合物を例示することができる。
典型的なタンパク質としては、インシュリン等のタンパク質ホルモン、サイトカイン類、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ、グルタチオン還元酵素、シクロオキシゲナーゼ等の各種酵素類、白血球分化抗原(CD)、主要組織適合遺伝子複合体(MHC)分子、免疫グロブリンまたはその機能的フラグメント、Gタンパク質共役受容体等各種受容体、イオンチャネル、トランスポーター類の他、シャペロニン、分子シャペロン、人血清アルブミン、βアミロイドタンパク質、プリオンタンパク質、ロドプシン、Gタンパク質、緑色蛍光タンパク質、アロステリック受容体、ホスホフルクトキナーゼ、アスパルテートカルバミール転移酵素、多剤抵抗輸送体、転写因子等があげられる。
【００１９】
３．タンパク質側鎖構造パターン評価の概要
本発明の実施の形態に係るタンパク質側鎖構造パターン評価装置によるタンパク質側鎖構造パターン評価方法の概要を以下に述べる。
まず、処理部３が、解析対象化合物の分子モデルの座標情報の入力を受け付ける。
次に、処理部３は、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる符号化立体配座表記により、一つの該符号化立体配座表記で立体配座を一義的に決定する。
なお、ここで二面角位置コードとは、フラグメントを示す接頭辞と化学結合部位の二面角位置を示す符号を組み合わせたコードを意味し、二面角分類コードとは、二面角の分類を示すコードを意味する。
【００２０】
そして、処理部３は、上記符号化立体配座表記において注目する化学結合部位の表記を残して不要な表記を省略した符号化立体配座表記を前記分子モデルから抽出するとともに、抽出した符号化立体配座表記をデータベース７に記憶させる。
ここで、前記立体配座表記に必要となる、注目する化学結合部位の表記を残して不要な表記を省略した符号化立体配座表記を前記分子モデルから抽出するとは、例えば、免疫グロブリンにおいて、軽鎖の超可変領域の構造パターン評価を行う場合には、対応する軽鎖の超可変領域の符号化立体配座表記のみ抽出するが、軽鎖及び重鎖を含めたタンパク質分子全体の構造パターン評価を行う場合には、免疫グロブリン分子全体の符号化立体配座表記を抽出することを意味する。
【００２１】
このとき、解析対象化合物の立体配座構造がＸ線結晶構造解析から得られた構造データであり、水素原子の座標位置の構造情報が含まれていない構造データの構造パターン評価を行う必要がある場合には、特許文献５に従い、前記入力を受け付けた分子モデルについて、座標位置が定まらない水素原子が関与する前記二面角分類コードにおいてあらかじめ定められた優先則に従い、立体配座を一義的に決定可能な符号化立体配座表記を前記分子モデルから抽出するとともに、抽出した符号化立体配座表記をデータベース７に記憶させる。
【００２２】
次に、処理部３は、タンパク質−リガンド相互作用部位において、その相互作用部位のタンパク質側鎖の構造変化に連動して同時に起こるタンパク質全体の中の機能に相関する主鎖の立体配座構造変化を取り出す場合や、立体配座構造が比較的安定で構造が保持されやすい部位、自由に構造変化が起こりやすい部位を側鎖と同時に主鎖についても分類する場合など、タンパク質分子の主鎖の構造パターン評価を行う必要がある場合には、データベース７からαへリックス型基準構造パターンとして3β5α4βを、βシート型基準構造パターンとして6α4β4βを取り出し、特許文献５に従い、構造相同性の評価を行い、一致すると判定された場合にはそれぞれの帰属を意味するメタデータの付加をアミノ酸残基毎に行う。
次に、これまで特定の構造パターンを持つとは考えられていなかったタンパク質分子の側鎖について、主鎖の構造変化に連動してタンパク質全体の中の機能に相関する側鎖の立体配座構造変化を取り出す場合や、立体配座構造が比較的安定で構造が保持されやすい部位、自由に構造変化が起こりやすい部位を主鎖と同時に側鎖についても分類する場合など、側鎖の構造パターン評価を行う必要がある場合には、データベース７から基準構造パターンを取り出し、構造相同性の評価を行い、一致すると判定された場合には、出現頻度の高い構造パターンs1〜s4のようなそれぞれの帰属を意味するメタデータの付加をアミノ酸残基毎に行う。
【００２３】
具体的な構造相同性の評価を行う方法としては、特許文献５記載の方法に従って、データベース７から立体配座相同性評価を行うための前記符号化立体配座表記を取り出し、相同性比較が可能な形に前記符号化立体配座表記のコードの並べ替えを行い、形式を揃える。引き続き、対応する二面角位置において、ある一つの二面角分類コードに関して、該二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理を行い、立体配座相同性評価結果をデータベース７に記憶させる。
より具体的には、対応関係にある二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、構造相同性比較を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った３個の二面角分類コードに必ず含まれるという条件を満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定して演算処理を行い、立体配座相同性評価結果をデータベース７に記憶させる。順次、二面角位置を変えて前記二面角分類コードの集合を作成し、同様の演算処理を行い、立体配座相同性評価結果をデータベース７に記憶させる。
さらに、複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせについて構造相同性の評価を行う、特許文献５記載の方法に従い、個々の前記二面角位置コードにおいて、前記二面角分類コードに関する相同性の演算処理を行った後に、複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせの論理積(AND)の論理演算を行い、基準構造パターンとの相同性を判定し、アミノ酸残基毎に主鎖および／あるいは側鎖の構造パターンの帰属を意味するメタデータの付加を行う。
【００２４】
処理部３は、構造パターン評価結果を前記符号化立体配座表記とともにデータベース７から取り出して表示部１に最大４種類の色分けもしくは網掛けもしくはアイコンの分類によりタンパク質分子の立体配座情報を簡便に視認性高く表示するとともに必要に応じて出力部５に出力あるいは外部インターフェース(I/O)部６を介してデータ転送を行う。
【００２５】
以下において、図２のフローチャートに従い、各手順を詳しく説明する。
３−１．タンパク質分子座標情報の入力工程(ステップＳ１及び２)
本実施の形態においては、まず分子座標情報の入力を行う(ステップＳ１〜Ｓ２)。入力する分子座標情報は、Ｘ線結晶構造解析データ、密度汎関数法計算等の理論計算により構造最適化されたデータ(非特許文献１−５)、あるいは赤外円二色性スペクトル等から求められた実験値データ(非特許文献１−５)のいずれの分子構造データを用いてもかまわない。この場合、例えばあらかじめタンパク質分子名、化学構造式および分子モデルを対応させてデータベース７にその情報を記憶させておき、ユーザが入力部２よりタンパク質分子名あるいは化学構造式を入力すると、対応する分子モデル及び分子座標情報に変換できるようにしておいてよい。複数の解析タンパク質分子それぞれの立体配座構造の分子モデルの分子座標情報入力を行うには、例えば、独立行政法人産業技術総合研究所が所有する「揺れ許容演算解析法テンプレート」(H22PRO-1102)を用いて前記分子構造データファイルを選択し、ファイルを開く操作により実現することが出来る。
【００２６】
３−２．二面角の計算及び符号化立体配座表記へのコード変換及びコードの並べ替え(ステップＳ３及び４)
次に、密度汎関数法計算等の理論計算により構造最適化された分子モデルのように、結合している水素原子の情報も含まれているデータ同士での構造相同性比較行う場合及び比較の対象とする分子モデルとしてＸ線結晶構造データを利用する場合であって、優先則に従った際に水素原子が選ばれる等水素原子が関与する場合は、Ｘ線結晶構造データに水素原子に関する情報がない場合には、特許文献５記載の符号化立体配座表記へのコード変換の方法を用いる。
【００２７】
具体的には、符号化立体配座表記は、各々の化学結合部位に対応する「二面角位置コード」と、360度を12分割して定められた「二面角分類コード」の組み合わせからなり、「二面角分類コード」が優先則により決定される場合には「二面角位置コード」の中の指定されたコードに「二面角分類コード」の符号が代入されることにより使用される(特許文献４)。
ここで、「二面角分類コードを決定する優先則」としては、IUPAC命名法に準拠する。すなわち、IUPAC命名法においては、注目する化学結合のそれぞれの端に結合したリガンド(置換基あるいは原子)がなす二面角に基づいて立体配座を表すことが定められており、そのリガンドの優先則として、
（１）リガンドが全部違うときはR/S表示で決められた順位則によって最も優位のもの、
（２）一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのもの、
（３）全部が同じときは二面角が一番小さくなるもの、
を優先することが定められている。
【００２８】
前記二面角分類コードを決定するには、上記優先則に従い置換基あるいは原子を選択し、置換基あるいは原子がなす二面角の角度を求め、特許文献４記載の「符号化立体配座表記方法」に従い二面角の角度に対応するコードを選択する。なお、二面角の角度情報から前記二面角分類コードへの変換には、独立行政法人産業技術総合研究所が所有する符号化立体配座表記法プロトタイプアプリケーション(H21PRO-1028)(非特許文献１)を用いることができる。
【００２９】
＜一般的な二面角位置コードの付与例＞
具体例を挙げると、特許文献４に記載の通り、環構造をもつ場合など一個の立体配座表記で立体配座を一義的に決定できる構造がある場合には、注目する化学結合部位の表記を残し不要な表記を省略して、立体配座を一義的に示す符号化立体配座表記へのコード変換を行う(ステップＳ３)。データベース化の観点から化合物をフラグメント毎に区切り表記した方が簡便な場合にはフラグメントの接頭辞と化学結合部位の二面角位置を示す符号を組み合わせた二面角位置コードを用いることができる。タンパク質分子の場合は、そのような表記方法が適する場合であり、例えば、図３に示すように、アミノ酸残基に対応した接頭辞とそれぞれのアミノ酸の主鎖及び側鎖に必要となる二面角位置を示す符号を組み合わせることで二面角位置コードを表すことができる。その際、優先則による二面角分類の判定に水素原子の詳細な位置情報が関与する二面角位置を表記する必要があり、しかもＸ線結晶構造解析データなど水素原子の位置が決められないデータを利用する場合には、優先則による二面角分類の判定をもとにした予め定めた二面角分類コードの符号を用いることができないので、その代わりに対応する二面角位置だけを意味する二面角位置コードの符号を用いることとする。
【００３０】
一例として、下記のインシュリンＡ鎖のアミノ酸配列を文字列として表記する際の手順を示す。
「GLY ILE VAL GLU GLN CYS CYS THR SER ILE CYS SER LEU TYR GLN LEU GLU ASN TYR CYS ASN」(配列番号１)
インシュリンＡ鎖の二面角位置コードは、アミノ酸配列に対応した接頭辞とそれぞれのアミノ酸の主鎖(A,B,C)及び側鎖(a,b,c,d等)の二面角位置を示す符号を組み合わせて、以下のように記載することができる。
「GLY-ABC-ILE-A-ab-BC-VAL-A-a-BC-GLU-A-abcd-BC-GLN-A-abcd-BC-CYS-A-ab(c)-BC-CYS-A-ab-BC-THR-A-ab-BC-SER-A-ab-BC-ILE-A-ab-BC-CYS-A-ab(c)-BC-SER-A-ab-BC-LEU-A-ab-BC-TYR-A-abc-BC-GLN-A-abcd-BC-LEU-A-ab-BC-GLU-A-abcd-BC-ASN-A-abc-BC-TYR-A-abc-BC-CYS-A-ab-BC-ASN-A-abc-B」
【００３１】
以下に述べる手法により、さらにそれぞれのアミノ酸の主鎖及び側鎖の二面角位置を示す符号に二面角分類コードの符号を代入することにより、一義的に立体配座構造を文字列として表記することができる。
＜二面角分類コードの符号例＞
ここで、360度を12分割して定められた二面角分類コードの符号を付す方法の一例を示す。通常は特許文献４記載のように、360度を6分割し、その分割された部位に図４に示す1-6のような予め定めた符号を付し、主にこの符号を用いて二面角分類を表記する。まれにこの分類では２種類の違った立体配座と判断すべき立体配座が同一のコードとして表記される場合があるため、その場合にはさらにその6分割された各々の部位をさらに２分割し、２分割された部位にα(a、時計回り)、β(b、反時計回り)のような予め定めた符号を付し、主にこれらの２種類の符号のような組み合わせを用いて図４に示す12分割された部位に対応する符号を用いて二面角分類を表記する。さらに、対応する二面角が偶然その境界線上に位置する場合に備えて、境界線上では図４に示す符号を用いてもかまわない。
【００３２】
＜σ(シス)およびτ(トランス)の符号について＞
さらに、特許文献４記載のように、IUPAC命名法に準拠した規則において、(３)全部の置換基あるいは原子が同じときは二面角が一番小さくなるものを選択した場合において、１つの符号化立体配座表記で複数の分子モデルが対応する場合が起こりうるため、その場合には新たに相対的な位置関係に基づくσ(s、シス)、τ(t、トランス)のような符号を用いて、一義的に立体配座を表記できるようにする。例えば、(S)-イブプロフェンにおいてプロピオン酸部位の結合した芳香環において二面角を決める場合には(３)全部の置換基あるいは原子が同じときは二面角が一番小さくなるものを選択した場合に該当するが、ibut-3α2α(phpa-3α2α)という符号化立体配座表記では図５に示す同一の表記で表される２種類の立体配座構造が存在する。その場合には注目する結合間の相対位置関係を用いて、σ(シス)およびτ(トランス)の符号を用いて区別する。
【００３３】
また、特許文献４記載のように、IUPAC命名法に準拠した規則において、(３)全部の置換基あるいは原子が同じときは二面角が一番小さくなるものを選択した場合に時計回りあるいは反時計回りかで、区別できない置換基あるいは原子の二面角のなす角度が同じになることが起こりうる。その場合、１つの分子モデルにおいて複数の符号化立体配座表記が可能となるため、時計回りで二面角が一番小さくなるものを優先する。例えば、レボフロキサシンにおいて図６に示すピペラジン環の二面角では、ピペラジン環自体が左右対称であるため置換基の二面角のなす角度が正負逆で絶対値は同じになっており、２種類の符号化立体配座表記をとりうる。優先則を適用することによりlevo-2β-1β5α(pipa-1β1β)と一義的に立体配座の表記を定義する。
【００３４】
本発明の実施の形態に係るタンパク質側鎖構造パターン評価装置では、解析タンパク質分子の立体配座構造がＸ線結晶構造解析から得られた構造データであり、水素原子の座標位置の構造情報が含まれていない構造データと構造相同性を比較する必要がある場合には、入力を受け付けた分子モデルについて、特許文献５記載の方法に従い、座標位置が定まらない水素原子が関与する前記二面角分類コードにおいてあらかじめ定められた優先則に従い、立体配座を一義的に決定可能な符号化立体配座表記を該分子モデルから抽出し、コード変換を行う。すなわち、下記の優先則に従い、符号化立体配座表記へのコード変換を行う。なお、当該優先則をあてはめても決められない場合であっても対応する二面角位置だけで比較すればよい。そのことを示すために、決められないことを「Ｘ」などの符号を用いて表記しておく。
＜水素原子の位置が定まらない場合のコード化のための優先則＞
（Ａ）立体配座に関するIUPAC命名法の規則に準拠して、水素原子を除いた場合でも優先する置換基あるいは原子が決定できる場合にはその優先する置換基あるいは原子を選択する。
（Ｂ）立体配座に関するIUPAC命名法の(２)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するという規則で水素が選択される場合には、本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
（Ｃ）その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
【００３５】
前述のインシュリンＡ鎖の例では、前記二面角位置コードに、順次PDBjに登録されているインシュリンのＸ線結晶構造データ「2c8r」から変換された二面角分類コードの符号を代入することにより、
「GLY-X4α4α-ILE-3α-1α1β-5α4β-VAL-3β-3β-5α4β-GLU-3β-3β2α2βX-5α4α-GLN-3β-3α3α5αX-1β4α-CYS-5β-3β6α(2α)-1β4α-CYS-5α-1βX-5α4β-THR-3β-2βX-1β4β-SER-6β-2αX-4β4α-ILE-3β-3β1β-3α4β-CYS-1β-1α2β(2α)-4β4β-SER-6β-2αX-4β4β-LEU-3β-1β1α-5α4β-TYR-3α-1α3βX-5α4α-GLN-3β-3β1α5βX-5α4β-LEU-3α-3β3β-5α4α-GLU-3β-3β1α3αX-1β4β-ASN-3β-3β1βX-1β4β-TYR-6α-3β3βX-1β4β-CYS-1β-3αX-3α4β-ASN-3β-3β3αX-4β」として表すことが出来、一義的に立体配座構造を文字列として表記することができる。ここで、Ｘ線結晶構造データ向けの符号化立体配座表記であっても、特許文献４記載の方法に従って立体配座表記と関連づけて解析を行ったのちに必要となる物性値などの情報とともに符号化立体配座表記を表示してもかまわない。すなわち、符号化立体配座表記に対応する分子モデルについて、赤外円二色性スペクトルの解析のような実測の物性値との比較や密度汎関数法計算のような理論計算から求められた最適化構造の物性値の相同性の比較を行ってもかまわない。
【００３６】
次に、複数の保存された符号化立体配座表記のデータをデータベースから取り出し、タンパク質分子の主鎖及び側鎖の二面角位置コードに分割するような対応関係に従ってデータを揃え、二面角分類コードの相同性の比較が行うことのできる形式に並べ替えを行う(ステップＳ４)。また、並べ替えは、個々のフラグメント毎、個々の二面角位置コード毎、複数のフラグメントあるいは二面角位置コードの組み合わせ毎に行ってもかまわない。特許文献４記載の方法に従って、並べ替えが行われる符号化立体配座表記に伴って実測の物性値や理論計算からの予測値などの立体配座と関連を持つ解析対象化合物のデータが伴っていてもよい。
【００３７】
３−３．「揺れ許容演算解析法」による立体配座相同性評価について
さらに、本発明の実施の形態に係るタンパク質側鎖構造パターン評価装置では、並べ替えが行われた符号化立体配座表記の中の、対応関係にある二面角分類コードの相同性解析による構造パターン評価が行われる(ステップＳ５〜Ｓ１０)。生理活性を有するリガンド分子の多くは溶液状態において複数の安定な立体配座構造を持ち、その平衡状態を受容体との相互作用にうまく利用している(非特許文献４、５)ので、これら分子の各立体配座表記は、その結晶構造における多形とも関連する構造の揺れを許容できる特徴を有しているはずである。そのため、本実施の形態に係るタンパク質側鎖構造パターン評価装置では、分子構造の揺れの問題に対処できるように、対応関係にある二面角分類コードにおいて、その二面角分類コード自体と隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理を行うという、特許文献５記載の方法に準拠した相同性の評価を行う。
【００３８】
すなわち、対応関係にある二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、構造相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った３個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ少なくとも該集合の要素の１個は、前記連続して隣り合った３個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードである条件を満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定して演算処理を行い、相同性の評価を行う。本工程は、対応関係にある二面角位置におけるそれぞれの位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った３個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、各解析対象化合物中の前記位置における集合の要素を対比させ、それぞれの化合物に帰属する集合の要素のうちで少なくとも１個の要素は全ての化合物において共通しており、かつ当該共通した要素が少なくとも１つの化合物に帰属する集合における中央の要素であるという条件を満たすか否かを検索し、満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定する演算処理を行い、相同性の評価を行うことで実現することができる。
【００３９】
より具体的には、図４に示す12分割された部位に対応する符号を用いて二面角分類を表記する場合には、連続して隣り合った３個の二面角分類コードの集合をXとすると、X={4α，2β，2α}，{2β，2α，5β}，{2α，5β，5α}，{5β，5α，1β}，{5α，1β，1α}，{1β，1α，6β}，{1α，6β，6α}，{6β，6α，3β}，{6α，3β，3α}，{3β，3α，4β}，{3α，4β，4α}，{4β，4α，2β}と表される。ここで、集合Xのある１個の組み合わせを簡略化して、Y={p，q，r}，Y⊂Xと表すことにする。対応関係にある二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った３個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ少なくとも該集合の要素の１個は、前記連続して隣り合った３個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードである条件を満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定するには、相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合の要素をxとすると、すべてのxが、集合Xのある１個の組み合わせYとの関係において、x∈Yかつ、xのうちの少なくとも１個はx=qを満たすときには相同性が高く、それ以外の場合はすべて相同性が低いと判定するような演算処理を行えばよい。尚、対応する二面角が偶然4β，4αの境界線上に位置する場合には4α、2β，2αの境界線上に位置する場合には2α、5β，5αの境界線上に位置する場合には5α、1β，1αの境界線上に位置する場合には1β、6β，6αの境界線上に位置する場合には6β、3β，3αの境界線上に位置する場合には3βの分類に属するものと帰属すればよい。
【００４０】
さらに、並べ替えが行われた符号化立体配座表記において、二面角位置を変えて、相同性評価を行う１カ所の前記二面角位置コードまたは複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせについて、二面角分類コードの集合を作成し、順次同様の二面角分類コードに関する演算処理を行い、構造相同性の評価を行う。複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせについて構造相同性の評価を行う場合には、個々の前記二面角位置コードにおいて、前記二面角分類コードに関する相同性の演算処理を行った後に、複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせの論理積(AND)の論理演算を行えばよい。このとき、同時に構造相同性の評価結果を用いて、相同性の高さの比率を演算処理してもかまわない。
【００４１】
また、結晶多形において分子構造の細かな違いを検証する場合等、必要に応じて、特許文献５記載の方法に従い、360度を12分割して定められた二面角分類コードそのものだけが相同性が高く、それ以外の二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理を行い、相同性の評価を行い、同時に相同性の高さの比率を演算処理してもかまわない。
【００４２】
さらに、構造変化を伴うリガンド分子とタンパク質分子の相互作用部位の構造相同性評価のような場合には必要に応じて、構造の揺れに対処しかつ側鎖の構造相同性比較も行うため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、１)その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高い(○)、２)一つの二面角分類コードをはさんだ比較的近い二面角分類コードの組み合わせの相同性は中程度(△)、３)それ以外の二面角分類コードの組み合わせの相同性は低い(×)と判定して演算処理し構造相同性評価を行ってもよい。
【００４３】
すなわち、対応関係にある二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、構造相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、１)該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った３個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ少なくとも該集合の要素の１個は、前記連続して隣り合った３個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードである条件を満たす場合には相同性が高い(○)、２)該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った３個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ該集合のすべての要素が、前記連続して隣り合った３個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードではない条件を満たす場合には、相同性は中程度(△)、それ以外は相同性が低い(×)と判定して演算処理し構造相同性評価を行ってもよい。
【００４４】
より具体的には、図４に示す12分割された部位に対応する符号を用いて二面角分類を表記する場合には、連続して隣り合った３個の二面角分類コードの集合をXとすると、X={4α，2β，2α}，{2β，2α，5β}，{2α，5β，5α}，{5β，5α，1β}，{5α，1β，1α}，{1β，1α，6β}，{1α，6β，6α}，{6β，6α，3β}，{6α，3β，3α}，{3β，3α，4β}，{3α，4β，4α}，{4β，4α，2β}と表される。ここで、集合Xのある１個の組み合わせを簡略化して、Y={p，q，r}，Y⊂Xと表すことにする。対応関係にある二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、構造相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、１)該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った３個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ少なくとも該集合の要素の１個は、前記連続して隣り合った３個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードである条件を満たす場合には相同性が高い(○)、２)該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った３個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ該集合のすべての要素が、前記連続して隣り合った３個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードではない条件を満たす場合には、相同性は中程度(△)、それ以外は相同性が低い(×)と判定するには、相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合の要素をxとすると、すべてのxが、集合Xのある１個の組み合わせYとの関係において、x∈Yかつ、xのうちの少なくとも１個はx=qを満たすときには相同性が高い(○)、すべてのxが、集合Xのある１個の組み合わせYとの関係において、x∈Yかつ、すべてのxが、x≠qを満たすときには相同性は中程度(△)、それ以外の場合はすべて相同性が低い(×)と判定するような演算処理を行えばよい。尚、対応する二面角が偶然4β，4αの境界線上に位置する場合には4α、2β，2αの境界線上に位置する場合には2α、5β，5αの境界線上に位置する場合には5α、1β，1αの境界線上に位置する場合には1β、6β，6αの境界線上に位置する場合には6β、3β，3αの境界線上に位置する場合には3βの分類に属するものと帰属すればよい。
【００４５】
３−４．比較する解析対象化合物中で基準となる立体配座構造を選定できる場合の「揺れ許容演算解析法」の適用
あるタンパク質分子が構造変化を起こしているか否かを判定する場合など、アミノ酸配列としては変化がない場合には、立体配座構造のみの相同性比較を行えばよく、つまり、変化前のタンパク質分子など選択された特定のタンパク質分子の符号化立体配座表記を基準値として、別の１個あるいは複数のタンパク質分子の符号化立体配座表記との相同的な比較を行えばよい。その際には、例えば、変化前のタンパク質分子の立体配座構造などを常に基準として選択することで、当該立体配座構造の二面角分類コードは、全て必ず連続して隣り合った３個のうち中央の二面角分類コードとなる。それに対して構造相同性評価を行うタンパク質分子の、対応する二面角位置における二面角分類コードの集合のすべての要素が、基準となる該二面角分類コードの中央値あるいはそれと隣り合った二面角分類コードに一致すれば相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定して演算処理を行い、相同性の評価を行うことで、演算処理の負荷が少なくなる利点がある。
【００４６】
すなわち、具体的には、基準となる、ある特定のタンパク質分子の符号化立体配座表記から選択された、対応する二面角位置における、構造相同性評価を行う二面角分類コードをvとし、連続して隣り合った二面角分類コードがZ={u，v，w}の集合の順に並んでいたとする。すべての連続して隣り合った３個の二面角分類コードの集合をXとして、図４に示す12分割された部位に対応する符号を用いて二面角分類を表記する場合には、X={4α，2β，2α}，{2β，2α，5β}，{2α，5β，5α}，{5β，5α，1β}，{5α，1β，1α}，{1β，1α，6β}，{1α，6β，6α}，{6β，6α，3β}，{6α，3β，3α}，{3β，3α，4β}，{3α，4β，4α}，{4β，4α，2β}と表され、Z⊂Xの関係にあり、Zは集合Xの中のいずれか１個の表記として表すことができる。対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、該特定タンパク質分子の二面角分類コードを常に基準として選択し、対応する二面角位置における、構造相同性評価を行う二面角分類コードの集合のすべての要素が、基準となる該二面角分類コードあるいは該二面角分類コードに隣り合った二面角分類コードに一致すれば相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定するには、該特定タンパク質分子の選択された二面角分類コードを含む、対応する二面角位置における、相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、その要素をyとすると、すべてのyについて、y=uあるいはy=vあるいはy=wの条件を満たすときには相同性が高く、それ以外の場合はすべて相同性が低いと判定するような演算処理を行えばよい。尚、対応する二面角が偶然4β，4αの境界線上に位置する場合には4α、2β，2αの境界線上に位置する場合には2α、5β，5αの境界線上に位置する場合には5α、1β，1αの境界線上に位置する場合には1β、6β，6αの境界線上に位置する場合には6β、3β，3αの境界線上に位置する場合には3βの分類に属するものと帰属すればよい。
【００４７】
３−５．超二次構造に対応する符号化立体配座表記を伴ったアミノ酸配列パターンの抽出
タンパク質、ペプチドの周知の二次構造であるαへリックス、βシートなどにおいて、アミノ酸配列が全く異なっていても同一のパターンを形成することはよく知られていることである。
【００４８】
前記「揺れ許容演算解析法」を用いることで、アミノ酸配列が異なっていながら、揺れの許容範囲内でランダムコイルなどのαへリックス、βシート以外の構造も含めて同じ超二次構造をとることの可能なコード化データ(アミノ酸配列＋構造情報)や意味情報が抽出できる。有用なタンパク質もしくはペプチドにおいて、その活性ドメインの立体構造を変化させることなくアミノ酸配列を改変するために、アミノ酸の置き換えが可能な候補となるコード化データが取得できる。これらのコード化データを集めてデータベース化しておくことは、特に、各種酵素活性の改善、ヒト化抗体(CDR抗体)、キメラ抗体などの作製の際などに利用できる。
【００４９】
そのため、本発明の実施の形態に係るタンパク質側鎖構造パターン評価装置では、特許文献５記載の方法に準拠して、分子構造の揺れを考慮して構造相同性が高いアミノ酸配列パターンを抽出し、その中でアミノ酸配列が一致しないものを取り出し、αへリックス、βシート、ランダムコイルなどのその他の超二次構造に対応する符号化立体配座表記を伴ったアミノ酸配列パターンを抽出してもよい。
このとき、特許文献４記載の方法に従って、その符号化立体配座表記に伴って、抽出されたアミノ酸配列パターンに関連する実測の物性値や理論計算からの予測値などのデータあるいは相同性解析結果が伴っていてもよい。
【００５０】
３−６．改良型「揺れ許容演算解析法」による構造パターン解析について
３−５．までの立体配座相同性評価では、構造相同性評価は行えてもαへリックス、βシート、ランダムコイルなどの超二次構造そのもののフラグメント構造情報は、分子構造の揺れのためコード自体からそのまま抽出することはできない。
【００５１】
タンパク質フラグメントにおけるαへリックス、βシート、ランダムコイルを含む超二次構造及びRNAフラグメントにおけるステム構造やループ構造などの情報を抽出するには以下のようにすればよい。
【００５２】
まず、解析対象となるαへリックス、βシート、ランダムコイルなどの二次構造又はステム構造、ループ構造などを有することが知られている分子モデルについて、当該特徴的な構造領域に対応するフラグメントのみを、特許文献５記載の方法に従って、分子モデルを入力し、符号化立体配座表記へのコード変換及びコードの並べ替えを行う。そして、前記フラグメントを構成するそれぞれの二面角位置コードにおいて最も出現頻度の高い二面角分類コードを抽出し、抽出した符号化立体配座表記をαへリックス、βシート、ランダムコイル、ステム構造、又はループ構造等の構造パターンのテンプレートとして記憶部に記憶させる。
【００５３】
別途、解析対象化合物の立体配座構造の分子モデルについて、特許文献５記載の方法に従って、分子モデルを入力し、符号化立体配座表記へのコード変換及びコードの並べ替えを行う。
【００５４】
前記３−５．で述べたアミノ酸配列パターンの抽出法の場合は、基本的には前記３−４．の「揺れ許容演算解析法」を適用しているため、より厳格に定義された、αへリックス、βシート、ランダムコイル、ステム構造、ループ構造等の構造パターンに一致するアミノ酸配列や核酸塩基配列情報を抽出することに主眼がおかれており、そのような場合に適した手法となっている。
それに対して、この項では、きわめて数多くのアミノ酸フラグメントやヌクレオチドフラグメントのようなフラグメントからなる解析対象化合物が、その領域の１部に、より広義の意味でのαへリックス、βシート、ランダムコイル、ステム構造、ループ構造等に共通する既知の特徴的な構造パターンを有しているかどうかを評価、解析することを主な目的としているため、前記３−４．の「揺れ許容演算解析法」を１部改良した以下の演算処理を行う。
【００５５】
すなわち、前記記憶部からそれぞれの構造パターンに一致する前記符号化立体配座表記及び解析対象化合物の符号化立体配座表記を取り出し、それぞれの構造パターンに一致する前記符号化立体配座表記を比較対象の参照とし、対応関係にある二面角位置におけるそれぞれの位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った３個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、各解析対象化合物及び参照となる構造パターン中の前記位置における集合の要素を対比させ、それぞれのフラグメントに帰属する集合の要素のうちで少なくとも１個の要素は全てのフラグメントにおいて共通しているという条件を満たすか否かを検索し、満たす場合には、それぞれの構造パターンに一致するフラグメントとして、満たさない場合には、それ以外の構造パターンをもつフラグメントとして判定する演算処理を行う。
【００５６】
具体的な解析方法としては、以下の手順に従う。
処理部が、１つ又は複数の基準となる構造パターンに対応するフラグメントの立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、前記処理部が、入力を受け付けた分子モデルに対して、注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、次いで、構造相同性評価のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、抽出した符号化立体配座表記をそれぞれ基準構造パターンとしてあらかじめ記憶部に記憶させ、別途、解析対象化合物の立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、前記処理部において、入力を受け付けた解析対象化合物の分子モデルに対して、注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、次いで、構造パターン解析のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、抽出した各符号化立体配座表記を記憶部に記憶させ、前記処理部において、前記記憶部から前記解析対象化合物の符号化立体配座表記を取り出すと共に、あらかじめ記憶部に記憶させていた前記基準構造パターンのうちで、比較しようとする基準構造パターンを選択し、当該構造パターンに一致する前記符号化立体配座表記を比較対象の参照として取り出し、対応関係にある二面角位置における最初の位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った３個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、前記解析対象化合物及び参照となる構造パターン中の前記位置における集合の要素を対比させ、各二面角分類コードが帰属する集合の要素のうちで少なくとも１個の要素が基準の構造パターンと共通しているという条件を満たすか否かを検索し、満たす場合には、基準の構造パターンに一致するとして判定し、満たさない場合には、それ以外の構造パターンに該当すると判定する演算処理を行い、続いて次の位置における同様の演算処理を行う操作を行い、全ての対応する位置についての操作を繰り返すことにより、個々の前記二面角位置コードにおける前記二面角分類コードに関する相同性の演算処理を行った後に、複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせの論理積(AND)の論理演算を行う。
【００５７】
より具体的には、図４に示す12分割された部位に対応する符号を用いて二面角分類を表記する場合には、連続して隣り合った３個の二面角分類コードの集合をXとすると、X={4α，2β，2α}，{2β，2α，5β}，{2α，5β，5α}，{5β，5α，1β}，{5α，1β，1α}，{1β，1α，6β}，{1α，6β，6α}，{6β，6α，3β}，{6α，3β，3α}，{3β，3α，4β}，{3α，4β，4α}，{4β，4α，2β}と表される。ここで、集合Xのある１個の組み合わせを簡略化して、Y={p，q，r}，Y⊂Xと表すことにする。対応関係にある二面角位置におけるそれぞれの位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った３個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、各解析対象化合物及び参照となる構造パターン中の前記位置における集合の要素を対比させ、それぞれのフラグメントに帰属する集合の要素のうちで少なくとも１個の要素は全てのフラグメントにおいて共通しているという条件を満たすか否かを検索し、満たす場合には、それぞれの構造パターンに一致するフラグメントとして、満たさない場合には、それ以外の構造パターンをもつフラグメントとして判定するには、構造パターン解析を行う前記二面角分類コードの集合の要素をxとすると、すべてのxが、集合Xのある１個の組み合わせYとの関係において、x∈Yを満たすときにはそれぞれの構造パターンに一致するフラグメントとして、満たさない場合には、それ以外の構造パターンをもつフラグメントとして判定するような演算処理を行えばよい。尚、対応する二面角が偶然4β，4αの境界線上に位置する場合には4α、2β，2αの境界線上に位置する場合には2α、5β，5αの境界線上に位置する場合には5α、1β，1αの境界線上に位置する場合には1β、6β，6αの境界線上に位置する場合には6β、3β，3αの境界線上に位置する場合には3βの分類に属するものと帰属すればよい。
【００５８】
３−６．に示した改良型「揺れ許容演算解析法」は、上述のように、主には既知の構造パターンとの比較解析に用いるが、新規な構造パターンの抽出、解析にも適用可能であるし、さらには複数の解析対象化合物における立体配座構造の相同性評価に用いることもできる。また、同じ解析対象に対して、３−６．に示した改良型「揺れ許容演算解析法」を、従来法(特許文献４)による相同性解析法、３−３．に示した「揺れ許容演算解析法」、３−４．に示した「揺れ許容演算解析法」の少なくとも１つと共に並行して適用し、得られた演算結果に関してそれぞれ、論理積、論理和、否定論理積、否定論理和、排他的論理和等の演算処理を行ってもよい。なお、３−６．に示した改良型「揺れ許容演算解析法」、従来法(特許文献４)による相同性解析法、３−３．に示した「揺れ許容演算解析法」、３−４．に示した「揺れ許容演算解析法」を用いた評価、解析を行うには、独立行政法人産業技術総合研究所が所有する「揺れ許容演算解析法テンプレート」(H22PRO-1102)を用いることができる。
【００５９】
３−７．タンパク質分子主鎖及び側鎖の構造パターン評価(ステップＳ５〜１０)
本発明の実施の形態に係るタンパク質側鎖構造パターン評価装置では、主に３−６．に示した改良型「揺れ許容演算解析法」を用いて、タンパク質−リガンド相互作用部位において、その相互作用部位のタンパク質側鎖の構造変化に連動して同時に起こるタンパク質全体の中の機能に相関する主鎖の立体配座構造変化を取り出す場合や、立体配座構造が比較的安定で構造が保持されやすい部位、自由に構造変化が起こりやすい部位を側鎖と同時に主鎖についても分類する場合など、タンパク質分子の主鎖の構造パターン評価を行う必要がある場合には、まず主鎖について、αへリックス型基準構造パターンとして3β5α4βを選択して構造パターン解析を行い、αへリックス型と一致すると判定されたアミノ酸残基については、αへリックス型を意味する符号(m1もしくはh)のメタデータの付加を行う。同様に、βシート型基準構造パターンとして6α4β4βを選択して構造パターン解析を行い、βシート型と一致すると判定されたアミノ酸残基については、βシート型を意味する符号(m2もしくはs)のメタデータの付加を行い、それ以外の型のアミノ酸残基については、その他の型を意味する符号(m0もしくはo)のメタデータの付加を行う(ステップＳ５〜７)。
【００６０】
次に、これまで特定の構造パターンを持つとは考えられていなかったタンパク質分子の側鎖について、主鎖の構造変化に連動してタンパク質全体の中の機能に相関する側鎖の立体配座構造変化を取り出す場合や、立体配座構造が比較的安定で構造が保持されやすい部位、自由に構造変化が起こりやすい部位を主鎖と同時に側鎖についても分類する場合など、側鎖の構造パターン評価を行う必要がある場合には、主に３−６．に示した改良型「揺れ許容演算解析法」を用いて、ARG残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1α1α1βefg(s1)，1β1α1α1βefg(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、e，f，gは二面角位置コードを示す)を、ASN残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α3αc(s1)，1β3αc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、ASP残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α4βc(s1)，1β4βc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、CYS残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αb(s1)，1βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、GLN残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β4βd(s1)，1β1β4βd(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、dは二面角位置コードを示す)を、GLU残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β4βd(s1)，1β1β4βd(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、dは二面角位置コードを示す)を、HIS残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α3βc(s1)，1β3βc(s2)，3α2αc(s3)，1β2αc(s4)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、ILE残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β(s1)，1β1β(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、LEU残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α3α(s1)，1β3α(s2)，3α1β(s3)，1β1β(s4)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、LYS残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1α1β1αe(s1)，1β1α1β1αe(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、eは二面角位置コードを示す)を、MET残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α1α3β(s1)，1β1α3β(s2)，3α1α2α(s3)，1β1α2α(s4)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、PHE残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αb(s1)，1βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、PRO残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3β(s1)，2α(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、SER残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の2αb(s1)，3βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、THR残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3βb(s1)，2αb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、TRP残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α5βc(s1)，1β5βc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、TYR残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αbc(s1)，1βbc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、b，cは二面角位置コードを示す)を、VAL残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3β(s1)，2α(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を選択し、主鎖の場合と同様に、一致すると判定されたアミノ酸残基については前記s1，s2，s3，s4のようなメタデータの付加を行う(ステップＳ８〜１０)。
【００６１】
３−８．タンパク質側鎖構造パターン評価の最終工程(ステップＳ１１及び１２)
最後に、ステップＳ１〜Ｓ１０までの工程を必要回数行った後に(ステップＳ１１)、３−７．の工程によるメタデータ情報を用いて、対応するアミノ酸残基もしくは符号化立体配座表記に結びつけて、主鎖については、２種類の色分けもしくは網掛けもしくはアイコンの分類(それ以外の構造パターンは無色)により、側鎖については、最大４種類の色分けもしくは網掛けもしくはアイコンの分類(それ以外の構造パターンは無色)によりタンパク質全体の立体配座情報を簡便に視認性高く、その他の必要データとともに表示及び／あるいは出力を行う(ステップＳ１２)。
【００６２】
次に本発明に係る実施例を詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものでない。
【実施例１】
【００６３】
タンパク質側鎖の各アミノ酸残基の基準構造パターンの抽出
PDBjに登録されている個々のサブユニットＸ線結晶構造データ12e8H，12e8L，1a0oA，1a0oB，1a1rA，1a1rC，1a6tA，1a6tB，1a6zA，1a6zB，1a7oH，1a7oL，1aapA，1adqA，1adqH，1adqL，1aipA，1aipC，1akjA，1akjB，1akjD，1alcA，1alyA，1amlA，1ao7A，1ao7B，1ao7D，1ao7E，1aonA，1aonO，1aorA，1aqdA，1aqdB，1atnA，1atnD，1b6eA，1b6uA，1b7fA，1b7tA，1b7tY，1b7tZ，1b89A，1ba4A，1ba6A，1bbt1，1bbt2，1bbt3，1bbt4，1bd2A，1bd2B，1bd2C，1bd2D，1bd2E，1bhmA，1bhmB，1bj3A，1bj3B，1bjbA，1bjcA，1bk9A，1bkvA，1bkvB，1bkvC，1bl8A，1bl8B，1brpA，1byiA，1c17A，1c17B，1c17M，1c4zA，1c4zB，1c4zC，1c4zD，1c5cH，1c5cL，1c9sA，1c9sB，1c9sW，1cagA，1cagB，1cagC，1cczA，1cd1A，1cd1B，1cd31，1cd32，1cd33，1cd34，1cd3B，1cd3F，1cd3G，1cdwA，1cdwB，1cdwC，1ceoA，1cf7A，1cf7B，1cgpA，1cgpB，1cgpC，1cgpD，1cgpE，1cgpF，1clcA，1cllA，1cm1A，1cm1B，1cm9A，1cmaA，1cmaB，1cmaC，1cmaD，1cqpA，1d00A，1d4cA，1d5mA，1d5mB，1d6eA，1d6eB，1de4A，1de4B，1de4C，1deeA，1deeB，1deeG，1dlhA，1dlhB，1dlhC，1dn0A，1dn0B，1dolA，1dqtA，1dr9A，1e27A，1e27B，1e4jA，1e4kA，1e4kC，1efuA，1efuB，1efxD，1epfA，1eqgA，1etsH，1exuA，1exuB，1f0bA，1frtA，1frtB，1frtC，1g0xA，1g9mC，1gc1C，1gjiA，1gqeA，1gt0C，1gt0D，1gzmA，1h15A，1h15B，1h24A，1h24B，1h24E，1h2sA，1h6eA，1h6eP，1hcsB，1hdmA，1hdmB，1hezA，1hezB，1hezE，1hfxA，1hnfA，1hq8A，1hyrA，1hyrB，1hyrC，1i1aA，1i1aB，1i1aC，1i1aD，1i1cA，1i4mA，1i85A，1i85C，1i8iA，1i8iB，1i8kA，1i8kB，1i8lA，1i8lC，1i9rA，1i9rH，1i9rL，1iamA，1ij9A，1im9D，1iytA，1ja3A，1je6A，1jffA，1jffB，1jfmA，1jl4D，1jnxX，1jonA，1kcgA，1kcgB，1kcgC，1kidA，1kzzA，1l8jA，1lfaA，1lfdA，1lfdB，1lnuA，1lnuB，1lqvA，1m1pA，1m1qA，1m1rA，1m4kA，1mhpA，1mhpH，1mhpL，1mhpX，1mpuA，1mq8A，1mq8B，1mwpA，1n4mA，1n4mC，1n5oX，1ncnA，1nkrA，1nvpA，1nvpB，1nvpC，1nvpD，1nvpE，1nvpF，1o9kA，1o9kB，1o9kC，1o9kD，1o9kE，1o9kF，1o9kG，1o9kH，1o9kP，1o9kQ，1ogaA，1ogaB，1ogaD，1ogaE，1ol0A，1ol0B，1p1zD，1p4lA，1p4lB，1p4lD，1p53A，1p7qA，1p7qB，1p7qD，1pt6A，1qa9A，1qa9B，1qlrA，1qlrB，1qo3C，1qscA，1qz1A，1r5bA，1r5iA，1r5iB，1r5iC，1r5iD，1r5nA，1r5oA，1rpxA，1sebA，1sebB，1sebD，1srvA，1sy6A，1t15A，1t29A，1t2uA，1t5wA，1t5wB，1t7vA，1t7wA，1t80A，1t83A，1t83C，1t89A，1t89C，1tawA，1tawB，1tcrA，1tcrB，1tfeA，1thfD，1tqxA，1u3hA，1u3hB，1u3hC，1u3hD，1u3hP，1u4rA，1ufuA，1ut9A，1v7pA，1v7pB，1v7pC，1vcaA，1vdgA，1vscA，1w7sA，1wbxA，1wbxB，1wbxC，1wbyA，1wbyB，1wbyC，1wbzA，1wbzB，1xb2A，1xb2B，1xiwA，1xiwB，1y98A，1ydpA，1ydpB，1ygrA，1ygrC，1yguA，1yguC，1yjdC，1yjdH，1yjdL，1yojA，1z7zI.，1z92A，1z92B，1zagA，2agjH，2agjL，2azeA，2azeB，2azeC，2b02A，2b2xA，2b5iA，2b5iB，2b5iC，2b5iD，2bbmA，2bbmB，2bc4A，2bc4B，2begA，2begB，2begC，2begD，2begE，2bimA，2binA，2bipA，2bnqA，2bnqB，2bnqD，2bnqE，2bp4A，2bq4A，2bsrA，2bsrB，2bsrC，2bvoA，2bvoB，2bvoC，2bxgA，2c7uA，2c7uB，2c7uC，2c8rA，2c8rB，2c8xB，2ciiA，2ciiB，2cikA，2cikB，2cikC，2cjwA，2ckbA，2ckbB，2ckbH，2ckbL，2ckbP，2cl0X，2clzA，2clzB，2d31A，2d31B，2dl2A，2dliA，2druA，2dypA，2dypB，2dypC，2dypD，2e3vA，2emsA，2emsB，2emtA，2emtC，2erjA，2erjB，2erjC，2erjD，2f1mA，2fgwH，2fgwL，2fhtA，2fikA，2fikB，2g3yA，2gw5A，2h1lA，2h1lM，2hazA，2ianA，2ianB，2ianC，2ianD，2ianE，2icaA，2ihr1，2imiA，2immA，2insA，2insB，2insC，2insD，2j1xA，2j1yA，2j1yB，2j1zA，2j20A，2j21A，2j4yA，2j6eA，2j6eH，2j6eL，2j9oA，2ja4A，2jbfA，2jf1A，2jf1T，2khmA，2khmB，2mcpH，2mcpL，2nykA，2onjA，2onjB，2orqA，2orvA，2oslH，2oslL，2oslP，2otpA，2ottX，2p26A，2p28A，2p28B，2pbjA，2po6A，2po6B，2po6C，2po6D，2pttA，2pttB，2ptuA，2q3aA，2q6wA，2q6wB，2qksA，2qq0A，2qz1A，2r7gA，2r7gB，2rkxA，2rnmA，2sicE，2sicI，2st1A，2vb1A，2vcqA，2vczA，2ve6A，2ve6B，2ve6C，2vj0A，2vj0P，2vk0A，2vk0B，2vk0C，2vk0D，2vkwA，2vkxA，2vlrA，2vlrB，2vlrC，2vlrD，2vlrE，2vukA，2vxsA，2vxuH，2vxuL，2w9dH，2w9dL，2w9eA，2w9eH，2w9eL，2waeA，2wafA，2wahA，2wgpA，2wgxA，2wh1Y，2wllA，2wrnZ，2wrqZ，2wsnA，2wsoA，2wy3A，2wy3B，2x0uA，2x0vA，2x0wA，2x44D，2x4oA，2x4oB，2zfrH，2zpyA，2zpyB，3a3bB，3agpA，3agqA，3bdwA，3bdwB，3bkyH，3bkyL，3bkyP，3btrA，3btrB，3bx7A，3bx7C，3bx8A，3bzeA，3bzeB，3bzeP，3c8kA，3c8kB，3c8kD，3cadA，3capA，3cdgA，3cdgB，3cdgJ，3cdgK，3ciiA，3ciiB，3ciiG，3ciiH，3ct7A，3ctkA，3ctlA，3d2uA，3d2uB，3d2uC，3d2uD，3d2uE，3d2uF，3d2uG，3d2uH，3d5oF，3dbxA，3dbxB，3ddcA，3ddcB，3ddyA，3dmmC，3dmmD，3dqbA，3drtA，3drtB，3e20A，3e20D，3e20E，3e20J，3eoaH，3eoaI，3eoaL，3eotH，3eotL，3es6A，3es6B，3f1nA，3f1nB，3f1oA，3f1oB，3f1pA，3f1pB，3fjtA，3fpuA，3fpuB，3fruA，3fruB，3g60A，3g61A，3g61B，3g8kA，3g8lB，3g9wA，3g9wC，3gmlA，3gmlB，3gmnA，3gmnB，3gmrA，3gmrB，3h7wA，3h7wB，3h82A，3h82B，3h8nA，3haeH，3haeL，3hc0H，3hc0L，3ihwA，3iu3A，3iu3B，3iu3I，3iy2A，3iy2B，3jvgA，3jvgC，3k0hA，3k0kA，3k15A，3k16A，3k71A，3k71B，3k72A，3k72B，3kbxA，3kbxB，3kykH，3kykL，3kynA，3kynB，3kyoA，3kyoB，3lw2A，3m17A，3m17B，3m1bA，3m1bB，3mj7B，3mtrA，3nfpA，3nfpB，3nfpI，3ssiA，5lyzA，6gstA，7gssA，9papAから、前記特許文献５記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行い、合計で110464アミノ酸残基のタンパク質主鎖及び側鎖の符号化立体配座表記構造情報を得た。
【００６４】
次に、前記特許文献５記載の方法を用いて、αへリックス型基準構造パターンとして3β5α4βを選択して構造パターン解析を行い、αへリックス型と一致すると判定されたアミノ酸残基については、αへリックス型を意味する符号(m1もしくはh)のメタデータの付加を行った。同様に、βシート型基準構造パターンとして6α4β4βを選択して構造パターン解析を行い、βシート型と一致すると判定されたアミノ酸残基については、βシート型を意味する符号(m2もしくはs)のメタデータの付加を行った。それ以外の型のアミノ酸残基については、その他の型を意味する符号(m0もしくはo)のメタデータの付加を行った。
【００６５】
ARG残基の側鎖二面角位置コード各々について、αへリックス型、βシート型、その他の型毎に、二面角分類コードの出現頻度を集計した。集計結果を表１(合計の部分の25%灰色網掛けは20%以上の出現頻度をもつ個数を、6.25%灰色網掛けは10%以上の出現頻度をもつ個数を示す)に示す。110464アミノ酸残基中、ARG残基が6153個を占めていた。この表の結果から、ARG残基の側鎖基準構造パターンとして構造パターン解析の判定においてオーバーラップが起こらないように、２種類の3α1α1α1βefg(s1)，1β1α1α1βefg(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、e，f，gは二面角位置コードを示す)を選択した。
【００６６】
側鎖の二面角位置コードを持たないALA，GLY残基以外の17アミノ酸残基について、側鎖二面角位置コード各々について、同様の操作を行い、二面角分類コードの出現頻度を集計した。但し、CYS残基については、二面角分類コードを決定するための優先則によって選択されるボンドが異なっているため、αへリックス型、βシート型、その他の型毎の集計は行わず、すべてのCYS残基についての二面角分類コードの出現頻度のみ集計した。二面角位置コードaにおける、アミノ酸残基毎の二面角分類コード分布の比較結果を表２(アミノ酸残基の部分の12.5%灰色網掛けは側鎖と主鎖をつなぐ置換基が共通するメチレン基であることを示す。比率の部分の25%灰色網掛けは最も出現頻度の高い二面角分類コードを、6.25%灰色網掛けは２番目に出現頻度の高い二面角分類コードを示す)に示す。
【００６７】
最終的に、構造パターン解析の判定においてオーバーラップが起こらないように、ASN残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α3αc(s1)，1β3αc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、ASP残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α4βc(s1)，1β4βc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、CYS残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αb(s1)，1βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、GLN残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β4βd(s1)，1β1β4βd(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、dは二面角位置コードを示す)を、GLU残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β4βd(s1)，1β1β4βd(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、dは二面角位置コードを示す)を、HIS残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α3βc(s1)，1β3βc(s2)，3α2αc(s3)，1β2αc(s4)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、ILE残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β(s1)，1β1β(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、LEU残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α3α(s1)，1β3α(s2)，3α1β(s3)，1β1β(s4)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、LYS残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1α1β1αe(s1)，1β1α1β1αe(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、eは二面角位置コードを示す)を、MET残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α1α3β(s1)，1β1α3β(s2)，3α1α2α(s3)，1β1α2α(s4)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、PHE残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αb(s1)，1βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、PRO残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3β(s1)，2α(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、SER残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の2αb(s1)，3βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、THR残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3βb(s1)，2αb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、TRP残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α5βc(s1)，1β5βc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、TYR残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αbc(s1)，1βbc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、b，cは二面角位置コードを示す)を、VAL残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3β(s1)，2α(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を選択し、主鎖の場合と同様に、一致すると判定されたアミノ酸残基については前記s1，s2，s3，s4のようなメタデータの付加を行い、最大４種類の色分けもしくは網掛けもしくはアイコンの分類により、これまでタンパク質主鎖の二次構造のような特定の構造パターンを持たないと考えられてきたタンパク質側鎖の立体配座情報を簡便に視認性高く表記できることを明らかにした。例として、特許文献５の実施例８において、PDBjに登録されているプリオンタンパク質(HOMO SAPIENS、HUMAN)のＸ線結晶構造データ1i4mとプリオンタンパク質(HOMO SAPIENS、HUMAN)が免疫グロブリン(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)と相互作用しているＸ線結晶構造データ2w9eについて、詳細な解析から23-25番目及び、図７に示す72-80番目のアミノ酸に非常に大きな二次構造の違いをとることの可能な部位が存在することを示したが、側鎖についてはどのような構造パターンの変化が起こっているかわかっていなかった。本実施の形態に係るタンパク質側鎖構造パターン評価装置によりはじめて、主鎖の構造変化に連動した側鎖の構造パターン変化を簡便に視認性高く表記することができた。その結果を表３(主鎖のアミノ酸残基部分における12.5%灰色網掛けはαへリックス型m1を、右下がり斜線網掛けはβシート型m2を示す。また、側鎖の立体配座コード部分における12.5%灰色網掛けは出現頻度の高い構造パターンs1を、右下がり斜線網掛けは出現頻度の高い構造パターンs2を、25%灰色網掛けは出現頻度の高い構造パターンs3を、左下がり斜線網掛けは出現頻度の高い構造パターンs4を示す)に示す。
【００６８】
【表１】
2014233228.tif 000003
【００６９】
【表２】
2014233228.tif 000004
2014233228.tif 000005
【００７０】
【表３】
2014233228.tif 000006
2014233228.tif 000007
2014233228.tif 000008
【実施例２】
【００７１】
MHCクラスI分子とNK細胞レセプターLY49の相互作用による相互作用部位以外の立体配座構造変化の解析
PDBjに登録されているアミノ酸配列の相同性が高いMHCクラスI分子α鎖(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)のＸ線結晶構造データ1wbzA(フリー)、2clzA(フリー)、3c8kA(LY-49Cと相互作用)、1p4lA(LY-49Cと相互作用)、と1p1zA(LY-49Cと相互作用)について、前記特許文献５記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。得られたＸ線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
【００７２】
次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、まずそれぞれのMHCクラスI分子α鎖の主鎖について、前記特許文献５記載の方法を用いて、αへリックス型基準構造パターンとして3β5α4βを選択して構造パターン解析を行い、αへリックス型と一致すると判定されたアミノ酸残基については、αへリックス型を意味する符号(m1もしくはh)のメタデータの付加を行った。同様に、βシート型基準構造パターンとして6α4β4βを選択して構造パターン解析を行い、βシート型と一致すると判定されたアミノ酸残基については、βシート型を意味する符号(m2もしくはs)のメタデータの付加を行った。それ以外の型のアミノ酸残基については、その他の型を意味する符号(m0もしくはo)のメタデータの付加を行った。
【００７３】
さらに、ARG残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1α1α1βefg(s1)，1β1α1α1βefg(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、e，f，gは二面角位置コードを示す)を、ASN残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α3αc(s1)，1β3αc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、ASP残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α4βc(s1)，1β4βc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、CYS残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αb(s1)，1βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、GLN残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β4βd(s1)，1β1β4βd(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、dは二面角位置コードを示す)を、GLU残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β4βd(s1)，1β1β4βd(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、dは二面角位置コードを示す)を、HIS残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α3βc(s1)，1β3βc(s2)，3α2αc(s3)，1β2αc(s4)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、ILE残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β(s1)，1β1β(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、LEU残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α3α(s1)，1β3α(s2)，3α1β(s3)，1β1β(s4)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、LYS残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1α1β1αe(s1)，1β1α1β1αe(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、eは二面角位置コードを示す)を、MET残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α1α3β(s1)，1β1α3β(s2)，3α1α2α(s3)，1β1α2α(s4)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、PHE残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αb(s1)，1βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、PRO残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3β(s1)，2α(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、SER残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の2αb(s1)，3βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、THR残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3βb(s1)，2αb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、TRP残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α5βc(s1)，1β5βc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、TYR残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αbc(s1)，1βbc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、b，cは二面角位置コードを示す)を、VAL残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3β(s1)，2α(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を選択し、主鎖の場合と同様に、一致すると判定されたアミノ酸残基については前記s1，s2，s3，s4のようなメタデータの付加を行った。主鎖については、２種類の色分けもしくは網掛けもしくはアイコンの分類(それ以外の構造パターンは無色)により、側鎖については、最大４種類の色分けもしくは網掛けもしくはアイコンの分類(それ以外の構造パターンは無色)によりタンパク質全体の立体配座情報を簡便に視認性高く表記することができた。その結果を表４(主鎖のアミノ酸残基部分における12.5%灰色網掛けはαへリックス型m1を、右下がり斜線網掛けはβシート型m2を示す。また、側鎖の立体配座コード部分における12.5%灰色網掛けは出現頻度の高い構造パターンs1を、右下がり斜線網掛けは出現頻度の高い構造パターンs2を、25%灰色網掛けは出現頻度の高い構造パターンs3を、左下がり斜線網掛けは出現頻度の高い構造パターンs4を示す)に示す。これにより、主鎖ばかりではなく、これまでタンパク質主鎖の二次構造のような特定の構造パターンを持たないと考えられてきた側鎖についても多くのアミノ酸残基において特定の構造パターンをとることがわかり、側鎖の立体配座構造が比較的安定で保持されやすい部位、比較的自由に構造変化が起こりやすい部位を分類することができた。
【００７４】
また、表４にMHCクラスI分子とNK細胞レセプターLY49の相互作用部位を、主鎖のアミノ酸残基部分と側鎖の立体配座コード部分に細線四角で囲っているが、相互作用部位以外の部分の構造パターンを解析することで、太線四角で囲っている部分、1wbzAのアミノ酸配列中の174番目から182番目「ASN GLY ASN ALA THR LEU LEU ARG THR(配列番号２)」に対応する部位に連続的な構造変化が起き、MHCクラスI分子のα1、α2ドメインに存在する溝が少し開いた形になることに寄与していることが判明した。さらに、主鎖の構造変化に連動してアミノ酸配列中176番目の「ASN」に側鎖の構造パターン変化がみられ、より主鎖の構造変化が大きい1p1zAではアミノ酸配列中182番目の「THR」にも側鎖の構造パターン変化が起こっており、いずれも主鎖とつながった結合の二面角の変化が関係していた。このことから、MHCクラスI分子によるリガンド認識の際に、相互作用部位以外の部位中に側鎖の構造パターンが大きく変化する部位が存在することをはじめてマーキングした符号としてあらわすことができた。これにより、タンパク質−リガンド分子相互作用部位以外の部位中に機能に関わる側鎖の構造変化が起こる場合などでその構造変化を見いだし、わかりやすく記述する方法がないといった不都合があったが、簡便に主鎖と連動した側鎖の構造パターン変化をデータマイニングし、表記することが可能となった。MHCクラスI分子とNK細胞レセプターLY49の相互作用による構造変化を図８(重ね書きしているサブユニット：MHCクラスI分子、四角で囲った部分：連続的な構造変化部位)に示す。
【００７５】
【表４】
2014233228.tif 000009
2014233228.tif 000010
2014233228.tif 000011
2014233228.tif 000012
【実施例３】
【００７６】
10個以上のβ-2マイクログロブリン構造データの同時比較による、立体配座構造が比較的安定で構造が保持されやすい部位、自由に構造変化が起こりやすい部位の分類
PDBjに登録されているMHCクラスI分子β-2マイクログロブリンのＸ線結晶構造データ3kynB(HOMO SAPIENS、HUMAN)、3kyoB(HOMO SAPIENS、HUMAN)、2d31B(HOMO SAPIENS、HUMAN)、1ydpB(HOMO SAPIENS、HUMAN)、2clzB(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)、1wbzB(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)、2vlrB(HOMO SAPIENS、HUMAN)、1wbxB(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)、2dypB(HOMO SAPIENS、HUMAN)、3d2uB(HOMO SAPIENS、HUMAN)、1p1zB(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)、1p4lB(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)、3c8kB(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)、1cd1B(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)、2fikB(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)、3jvgC(GALLUS GALLUS、BANTAM,CHICKENS)、1a6zB(HOMO SAPIENS、HUMAN)、1de4B(HOMO SAPIENS、HUMAN)、1frtB(CRICETULUS GRISEUS、CHINESE HAMSTER)、3m17B(HOMO SAPIENS、HUMAN)について、前記特許文献５記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。得られたＸ線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
【００７７】
次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、まずそれぞれのMHCクラスI分子β-2マイクログロブリンの主鎖について、前記特許文献５記載の方法を用いて、αへリックス型基準構造パターンとして3β5α4βを選択して構造パターン解析を行い、αへリックス型と一致すると判定されたアミノ酸残基については、αへリックス型を意味する符号(m1もしくはh)のメタデータの付加を行った。同様に、βシート型基準構造パターンとして6α4β4βを選択して構造パターン解析を行い、βシート型と一致すると判定されたアミノ酸残基については、βシート型を意味する符号(m2もしくはs)のメタデータの付加を行った。それ以外の型のアミノ酸残基については、その他の型を意味する符号(m0もしくはo)のメタデータの付加を行った。
【００７８】
さらに、ARG残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1α1α1βefg(s1)，1β1α1α1βefg(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、e，f，gは二面角位置コードを示す)を、ASN残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α3αc(s1)，1β3αc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、ASP残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α4βc(s1)，1β4βc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、CYS残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αb(s1)，1βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、GLN残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β4βd(s1)，1β1β4βd(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、dは二面角位置コードを示す)を、GLU残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β4βd(s1)，1β1β4βd(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、dは二面角位置コードを示す)を、HIS残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α3βc(s1)，1β3βc(s2)，3α2αc(s3)，1β2αc(s4)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、ILE残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1β(s1)，1β1β(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、LEU残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α3α(s1)，1β3α(s2)，3α1β(s3)，1β1β(s4)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、LYS残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α1α1β1αe(s1)，1β1α1β1αe(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、eは二面角位置コードを示す)を、MET残基の側鎖基準構造パターンとして、４種類の3α1α3β(s1)，1β1α3β(s2)，3α1α2α(s3)，1β1α2α(s4)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、PHE残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αb(s1)，1βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、PRO残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3β(s1)，2α(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を、SER残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の2αb(s1)，3βb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、THR残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3βb(s1)，2αb(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、bは二面角位置コードを示す)を、TRP残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3α5βc(s1)，1β5βc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、cは二面角位置コードを示す)を、TYR残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3αbc(s1)，1βbc(s2)(数字，α，βは二面角分類コード、b，cは二面角位置コードを示す)を、VAL残基の側鎖基準構造パターンとして、２種類の3β(s1)，2α(s2)(数字，α，βは二面角分類コードを示す)を選択し、主鎖の場合と同様に、一致すると判定されたアミノ酸残基については前記s1，s2，s3，s4のようなメタデータの付加を行った。主鎖については、２種類の色分けもしくは網掛けもしくはアイコンの分類(それ以外の構造パターンは無色)により、側鎖については、最大４種類の色分けもしくは網掛けもしくはアイコンの分類(それ以外の構造パターンは無色)によりタンパク質全体の立体配座情報を簡便に視認性高く表記することができた。主鎖の結果を表５(主鎖のアミノ酸残基部分における12.5%灰色網掛けはαへリックス型m1を、右下がり斜線網掛けはβシート型m2を示す。)に示す。側鎖の結果を表６(側鎖の立体配座コード部分における12.5%灰色���掛けは出現頻度の高い構造パターンs1を、右下がり斜線網掛けは出現頻度の高い構造パターンs2を、25%灰色網掛けは出現頻度の高い構造パターンs3を、左下がり斜線網掛けは出現頻度の高い構造パターンs4を示す)に示す。これにより、主鎖については、HUMAN、HOUSE MOUSE、CHICKENS、CHINESE HAMSTERにかかわらず、β-2マイクログロブリン構造は比較的安定で保持されていることがわかった。
【００７９】
3kynB、3kyoB、2clzBの側鎖を省略したリボン表示の構造を図９に、kynB、3kyoB、2clzBの側鎖をボール＆スティック表示で重ね書きした構造を図１０に示しているが、従来のグラフィック表示を使った方法では３個以上の構造の比較は容易ではなかった。また、主鎖同士の構造パターン変化の比較だけでは側鎖の立体配座構造が比較的安定で構造が保持されやすい部位、自由に構造変化が起こりやすい部位を簡単に分類することは困難であった。また、既存の直交座標系やZ-MATRIXを使っても分類は容易ではなかった。そこで、アミノ酸残基が同一で比較可能な側鎖について構造パターン解析したところ、立体配座構造が比較的安定で構造が保持されやすい部位は網掛け部分が多く、これまでタンパク質主鎖の二次構造のような特定の構造パターンを持たないと考えられてきた側鎖についても、その多くが特有の網掛けで示される構造パターンが存在していた。反対に自由に構造変化が起こりやすい部位については網掛けにみられる構造パターンがばらばらであったことから、アミノ酸残基が同一の側鎖の構造において、主鎖同士の構造パターン変化の比較だけではこれまでわからなかった側鎖の立体配座構造が比較的安定で構造が保持されやすい部位、自由に構造変化が起こりやすい部位を簡単に分類できることが側鎖も含めて比較することではじめてわかった。具体的には、表６の側鎖s1の構造パターンに対応する25番目のアミノ酸ASNの部位が構造の保持されやすい部位であり、反対に、側鎖の構造パターンがばらばらの72番目のアミノ酸THRの部位が自由に構造変化の起こりやすい部位に相当する。これにより、これまで主鎖の二次構造に付随する比較的リジッドな側鎖の構造パターンがあるのかよくわからないといった不都合があったが、主鎖の二次構造のような構造が保持された側鎖に特徴的な構造パターンを主鎖と組み合わせてデータマイニングし、マーキングした符号として表記することが可能となった。
【００８０】
【表５】
2014233228.tif 000013
2014233228.tif 000014
【００８１】
【表６】
2014233228.tif 000015
2014233228.tif 000016
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係るタンパク質の構造評価装置、構造評価方法、構造評価プログラム及び構造評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、抗体医薬の製剤化プロセスや新規薬剤設計などにおいて活用することができ、バイオ医薬品のさらなる安全性を保証する品質管理手法、薬理プロテオミクスによる創薬、構造活性相関等を活用した有害物質の人体への影響評価などの応用面で今後の展開が充分に期待されるものである。
【符号の説明】
【００８３】
１  表示部
２  入力部
３  処理部
４  主記憶部
５  出力部
６  外部インターフェース(I/O)部
７  データベース
８  バス
【００８４】
［配列表フリーテキスト］
配列番号１：インシュリンΑ鎖
配列番号２：MHCクラスI分子α鎖(174〜182aa)1wbzA
【図１】
2014233228.tif 000017
【図２】
2014233228.tif 000018
【図３】
2014233228.tif 000019
【図４】
2014233228.tif 000020
【図５】
2014233228.tif 000021
【図６】
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【図７】
2014233228.tif 000023
【図８】
2014233228.tif 000024
【図９】
2014233228.tif 000025
【図１０】
2014233228.tif 000026
【配列表】
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