(57)【要約】      （修正有）【課題】イオン化された糖鎖の断片化パターンを解析するための糖鎖断片化パターン解析装置を提供する。【解決手段】糖鎖断片化パターン解析装置１０は、イオン化された糖鎖の最適化構造を計算する最適化構造計算部２２と、最適化構造計算部２２による計算結果から、糖鎖内の切断箇所の候補となる複数の候補結合のそれぞれについて、結合強度に関連する複数種類の結合特性パラメータを抽出する結合特性パラメータ抽出部２８と、結合特性パラメータ抽出部２８にて抽出された複数種類の結合特性パラメータのそれぞれを結合特性スコアへと変換するパラメータ変換部３４と、複数種類の結合特性スコアのそれぞれの結合強度に対する寄与を表す重み情報を記憶する重み情報記憶部３８と、各候補結合における複数種類の結合特性スコアの総合スコアを、重み情報によって複数種類の結合特性パラメータが重み付けされるように求める総合スコア計算部３６とを備える。【選択図】図３
2006058151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
糖鎖マススペクトラのためにイオン化された糖鎖の断片化パターンを分子構造に基づく計算により解析するための糖鎖断片化パターン解析装置であって、
陽イオンの付加によりイオン化された糖鎖の最適化構造を計算する最適化構造計算手段と、
前記最適化構造計算手段による計算結果から、前記糖鎖内の切断箇所の候補となる複数の候補結合のそれぞれについて、結合強度に関連する複数種類の結合特性パラメータを抽出する結合特性パラメータ抽出手段と、
前記結合特性パラメータ抽出手段にて抽出された複数種類の結合特性パラメータのそれぞれを結合特性スコアへと、複数の候補結合における同一種類の結合特性パラメータの大小関係に結合特性スコアが対応するように変換するパラメータ変換手段と、
前記複数種類の結合特性パラメータに対応する複数種類の結合特性スコアのそれぞれの結合強度に対する寄与を表す重み情報を記憶する重み情報記憶手段と、
前記重み情報記憶手段から前記重み情報を読み出し、前記糖鎖の断片化パターンを表す情報として、各候補結合における複数種類の結合特性スコアの総合スコアを、読み出した重み情報によって前記複数種類の結合特性パラメータが重み付けされるように求める総合スコア計算手段と、
を備えることを特徴とする糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項２】
前記総合スコア計算手段にて計算された総合スコアに基づいて、最も切断されやすい候補結合を決定する切断位置決定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項３】
前記結合特性パラメータ抽出手段は、前記候補結合の結合距離および結合次数、前記候補結合と前記陽イオンとの距離、前記候補結合により結合された糖に含まれる酸素のうち前記陽イオンにバインドされた酸素の数、前記候補結合の酸素および炭素の前記陽イオンの付加に伴うチャージ変化量、前記候補結合の酸素と炭素の電子状態を示す共鳴項のうちの複数のパラメータを前記結合特性パラメータとして抽出することを特徴とする請求項１に記載の糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項４】
前記結合特性パラメータ抽出手段は、解析対象の糖鎖に含まれる糖の種類に応じて、結合特性パラメータとして抽出するパラメータを変えることを特徴とする請求項３に記載の糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項５】
前記結合特性パラメータ抽出手段は、前記候補結合の結合距離および結合次数、前記候補結合と前記陽イオンとの距離、前記候補結合により結合された糖に含まれる酸素のうち前記陽イオンにバインドされた酸素の数を前記結合特性パラメータとして抽出することを特徴とする請求項１に記載の糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項６】
前記結合特性パラメータ抽出手段は、解析対象の糖鎖にノイラミン酸が含まれている場合に、前記候補結合の結合次数、前記候補結合と前記陽イオンとの距離、前記候補結合により結合された糖に含まれる酸素のうち前記陽イオンにバインドされた酸素の数、前記候補結合の酸素および炭素の前記陽イオンの付加に伴うチャージ変化量を前記結合特性パラメータとして抽出することを特徴とする請求項５に記載の糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項７】
前記結合特性パラメータ抽出手段は、解析対象の糖鎖にフコースが含まれ、かつノイラミン酸が含まれていない場合に、前記候補結合の結合距離および結合次数、前記候補結合と前記陽イオンとの距離、前記候補結合により結合された糖に含まれる酸素のうち前記陽イオンにバインドされた酸素の数、前記候補結合の酸素および炭素の前記陽イオンの付加に伴うチャージ変化量を前記結合特性パラメータとして抽出することを特徴とする請求項６に記載の糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項８】
前記重み情報記憶手段は、解析対象の糖鎖に含まれる糖の種類に関連付けて複数の重み情報を記憶し、
前記総合スコア計算手段は、解析対象の糖鎖に含まれる糖の種類に対応する重み情報を前記重み情報記憶手段から読み出し、読み出した重み情報を用いて前記総合スコアの計算を行うことを特徴とする請求項１に記載の糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項９】
前記重み情報記憶手段に記憶される複数の重み情報のうち、解析対象の糖鎖にノイラミン酸が含まれる場合に適用される重み情報はノイラミン酸が含まれない場合に比べて、前記候補結合の結合次数の結合特性パラメータに対応する結合特性スコアの結合強度に対する寄与が大きく設定され、前記候補結合と前記陽イオンとの距離、前記候補結合により結合された糖に含まれる酸素のうち前記陽イオンにバインドされた酸素の数の結合特性パラメータに対応する結合特性スコアの結合強度に対する寄与が小さく設定されることを特徴とする請求項８に記載の糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項１０】
前記パラメータ変換手段は、
同一種類の結合特性パラメータに基づいて糖鎖内のすべての前記候補結合に順位を付し、その順位に応じて前記候補結合の前記結合特性スコアを決定することを特徴とする請求項１に記載の糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項１１】
解析対象の糖鎖の化学式の入力を受け付ける化学式入力手段と、
前記糖鎖の最適化構造に基づいて陽イオンを付加可能な位置を付加候補位置として求める付加候補位置算出手段と、
前記付加候補位置算出手段にて求められた付加候補位置を表示して、表示された付加候補位置から陽イオン付加位置の選択を受け付ける選択受付手段と、
を備え、
前記最適化構造計算手段は、前記選択受付手段にて受け付けられた位置へ陽イオンが付加された糖鎖の最適化構造を計算することを特徴とする請求項１に記載の糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項１２】
解析対象の糖鎖の化学式の入力を受け付ける化学式入力手段と、
前記糖鎖の最適化構造に基づいて陽イオンを付加可能な位置を付加候補位置として求める付加候補位置算出手段を備え、
前記最適化構造計算手段によって前記付加候補位置のそれぞれに陽イオンが付加されたときの糖鎖の最適化構造を計算し、その計算結果からそれぞれの糖鎖の安定度を求め、
それぞれの糖鎖の安定度に基づいて陽イオンの付加位置を決定する陽イオン付加位置決定手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の糖鎖断片化パターン解析装置。
【請求項１３】
糖鎖マススペクトラのためにイオン化された糖鎖の断片化パターンを分子構造に基づく計算により解析するための糖鎖断片化パターン解析方法であって、
陽イオンの付加によりイオン化された糖鎖の最適化構造を計算する最適化構造計算ステップと、
前記最適化構造計算ステップにおける計算結果から、前記糖鎖内の切断箇所の候補となる複数の候補結合のそれぞれについて、結合強度に関連する複数種類の結合特性パラメータを抽出する結合特性パラメータ抽出ステップと、
前記結合特性パラメータ抽出ステップにて抽出された複数種類の結合特性パラメータのそれぞれを結合特性スコアへと、複数の候補結合における同一種類の結合特性パラメータの大小関係に結合特性スコアが対応するように変換するパラメータ変換ステップと、
前記複数種類の結合特性パラメータに対応する複数種類の結合特性スコアのそれぞれの結合強度に対する寄与を表す重み情報を重み情報記憶手段から読み出す重み情報読出しステップと、
前記糖鎖の断片化パターンを表す情報として、各候補結合における複数種類の結合特性スコアの総合スコアを、前記重み情報読出しステップにおいて読み出した重み情報によって前記複数種類の結合特性パラメータが重み付けされるように求める総合スコア計算ステップと、
を備えることを特徴とする糖鎖断片化パターン解析方法。
【請求項１４】
糖鎖マススペクトラのためにイオン化された糖鎖の断片化パターンを分子構造に基づく計算により解析するためのプログラムであって、コンピュータに、
陽イオンの付加によりイオン化された糖鎖の最適化構造を計算する最適化構造計算ステップと、
前記最適化構造計算ステップにおける計算結果から、前記糖鎖内の切断箇所の候補となる複数の候補結合のそれぞれについて、結合強度に関連する複数種類の結合特性パラメータを抽出する結合特性パラメータ抽出ステップと、
前記結合特性パラメータ抽出ステップにて抽出された複数種類の結合特性パラメータのそれぞれを結合特性スコアへと、複数の候補結合における同一種類の結合特性パラメータの大小関係に結合特性スコアが対応するように変換するパラメータ変換ステップと、
前記複数種類の結合特性パラメータに対応する複数種類の結合特性スコアのそれぞれの結合強度に対する寄与を表す重み情報を重み情報記憶手段から読み出す重み情報読出しステップと、
前記糖鎖の断片化パターンを表す情報として、各候補結合における複数種類の結合特性スコアの総合スコアを、前記重み情報読出しステップにおいて読み出した重み情報によって前記複数種類の結合特性パラメータが重み付けされるように求める総合スコア計算ステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン化された糖鎖の断片化パターンを計算によって求める装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ライフサイエンスの分野では、遺伝子の全塩基配列解析の次の研究テーマとして、タンパク質の機能を解析し、生命におけるタンパク質の役割の解明を目的としたプロテオミクスが知られている。近年、このプロテオミクス解析発展に伴い、さまざまな疾病とタンパク質の翻訳後修飾には密接な関係があることが示されている。特に、タンパク質の翻訳後修飾の中心である糖鎖研究はゲノミクス、プロテオミクスと並び、生体機能の解明に重要な要素と考えられ、糖タンパク質の糖鎖のもつ機能の解明を目指すグライコプロテオミクスと呼ばれる糖蛋白質構造解析が始まりつつある。
【非特許文献１】亀山明彦、成松久「質量分析によるグライコプロテオミクスＩ」蛋白質拡散酵素、共立出版、第４８巻８号、２００３年６月１０日発行、ｐ１１９０−１１９３
【非特許文献２】鈴木實、田中耕一他「質量分析によるグライコプロテオミクスＩＩ」蛋白質拡散酵素、共立出版、第４８巻８号、２００３年６月１０日発行、ｐ１１９４−１１９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
生体内のタンパク質の約５０％は糖鎖修飾を受けた糖タンパク質であり、このグライコプロテオミクスの研究分野においても、その分析手段としてはプロテオミクス同様、微量で迅速に解析できる質量分析装置（ＭＳ）が欠かせない存在となっている。ただ質量分析計で得られた糖の複雑な質量スペクトラ（ＭＳのｎ乗）の同定には多大な時間を必要としている。そのＭＳ構造解析において同定を困難にしている理由としては、（１）グリコシド結合のリンケージやアノマー異性体の存在（２）糖鎖の分岐構造（３）立体配置の区別(Glc, Gal, Man)、などが挙げられおり、解析処理速度の向上に容易に結びついてはいないのが現状である。
【０００４】
また、構造上の多様性を持つ糖鎖は、その多様性ゆえにまだ解明できていない部分も多い。例えば、３個のアミノ酸からはアミド結合により６種類のオリゴペプチドしかできないが、糖の場合、３つの糖から１０００種類以上もの構造のオリゴ糖をつくることが可能である。糖鎖では、糖がグリコシド結合することによりポリマーが形成されるが、各糖がどんな順番でどの位置に結合するか、またα結合かβ結合か、などの組み合わせで多種な構造を作り出せる。
【０００５】
糖鎖構造解析の向上には実験装置開発とＩＴ技術の両輪が必要とされ、実験ではイオン化法やフラグメント法の開発により飛躍的に進んでいるが、得られたスペクトラから検出されたフラグメントの高速同定処理や解離パターンに関する理論的研究はほとんど行われていない。
【０００６】
ここで、糖鎖の同定についてさらに説明する。糖鎖にエネルギーが加わると、糖鎖に含まれる糖と糖との間の結合の一部が切断され、一つの糖鎖が複数の糖鎖に断片化される。糖鎖のうち、どの部分が切断されるかを示す情報を断片化パターンという。断片化パターンは、糖鎖の構造によって異なる。従って、未知の糖鎖の構造を同定するために、糖鎖の断片化パターンを蓄積したデータベースを構築することが有用である。すなわち、未知の糖鎖の断片化パターンを質量分析によって求め、その断片化パターンに対応する糖鎖をデータベースから検索することによって、未知の糖鎖の構造を同定することができる。
【０００７】
現在、糖鎖の断片化パターンを求める方法として、質量分析による実験が知られている。すなわち、解析対象の糖鎖に、質量分析を行うための陽イオンを付加する。そして、イオン化された糖鎖にエネルギーを加えて糖鎖を断片化させ、質量分析を行うことによって糖鎖の断片化パターンを求める。
【０００８】
しかし、前述したように、糖鎖は構造の多様性を有するために糖鎖の種類は膨大であり、すべての糖鎖の断片化パターンを質量分析によって求めるためには膨大な労力と時間を要する。従って、糖鎖の断片化パターンを迅速に解析することが求められている。
【０００９】
そこで、本発明は上記背景に鑑み、イオン化された糖鎖の断片化パターンを糖鎖の分子構造に基づく計算により求めるための糖鎖断片化パターン解析装置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】
【００１０】
本発明の糖鎖断片化パターン解析装置は、糖鎖マススペクトラのためにイオン化された糖鎖の断片化パターンを分子構造に基づく計算により解析するための糖鎖断片化パターン解析装置であって、陽イオンの付加によりイオン化された糖鎖の最適化構造を計算する最適化構造計算手段と、前記最適化構造計算手段による計算結果から、前記糖鎖内の切断箇所の候補となる複数の候補結合のそれぞれについて、結合強度に関連する複数種類の結合特性パラメータを抽出する結合特性パラメータ抽出手段と、前記結合特性パラメータ抽出手段にて抽出された複数種類の結合特性パラメータのそれぞれを結合特性スコアへと、複数の候補結合における同一種類の結合特性パラメータの大小関係に結合特性スコアが対応するように変換するパラメータ変換手段と、前記複数種類の結合特性パラメータに対応する複数種類の結合特性スコアのそれぞれの結合強度に対する寄与を表す重み情報を記憶する重み情報記憶手段と、前記重み情報記憶手段から前記重み情報を読み出し、前記糖鎖の断片化パターンを表す情報として、各候補結合における複数種類の結合特性スコアの総合スコアを、読み出した重み情報によって前記複数種類の結合特性パラメータが重み付けされるように求める総合スコア計算手段とを備える。
【００１１】
本発明によれば、陽イオンを付加した糖鎖の最適化構造計算結果から、それぞれの候補結合の結合特性パラメータを抽出し、結合特性パラメータに基づいて断片化パターンの情報を表す総合スコアを求めることにより、計算によって断片化パターンを解析できる。また、候補結合の結合特性パラメータを結合特性スコアに変換することにより、種類の異なる複数の結合特性パラメータを統一的に扱うことができる。また、結合強度への寄与を表す重み情報を用いて総合スコアを求めることにより、複数種類の結合特性パラメータから適切に総合スコアを求めることができる。
【００１２】
上記糖鎖断片化パターン解析装置は、前記総合スコア計算手段にて計算された総合スコアに基づいて、最も切断されやすい候補結合を決定する切断位置決定手段を備えてもよい。
【００１３】
切断位置決定手段により最も切断されやすい候補結合を求めることにより、糖鎖の断片化パターンを容易に把握できる。
【００１４】
上記糖鎖断片化パターン解析装置において、前記結合特性パラメータ抽出手段は、前記候補結合の結合距離および結合次数、前記候補結合と前記陽イオンとの距離、前記候補結合により結合された糖に含まれる酸素のうち前記陽イオンにバインドされた酸素の数、前記候補結合の酸素および炭素の前記陽イオンの付加に伴うチャージ変化量、前記候補結合の酸素と炭素の電子状態を示す共鳴項のうちの複数のパラメータを前記結合特性パラメータとして抽出してもよい。
【００１５】
また、上記糖鎖断片化パターン解析装置において、前記結合特性パラメータ抽出手段は、解析対象の糖鎖に含まれる糖の種類に応じて、結合特性パラメータとして抽出するパラメータを変えてもよい。
【００１６】
これにより、糖鎖に含まれる糖の種類に応じて適切な特性パラメータを抽出することにより、断片化パターンを精度良く求めることができる。
【００１７】
上記糖鎖断片化パターン解析装置において、前記結合特性パラメータ抽出手段は、前記候補結合の結合距離および結合次数、前記候補結合と前記陽イオンとの距離、前記候補結合により結合された糖に含まれる酸素のうち前記陽イオンにバインドされた酸素の数を前記結合特性パラメータとして抽出してもよい。
【００１８】
また、上記糖鎖断片化パターン解析装置において、前記結合特性パラメータ抽出手段は、解析対象の糖鎖にノイラミン酸が含まれている場合に、前記候補結合の結合次数、前記候補結合と前記陽イオンとの距離、前記候補結合により結合された糖に含まれる酸素のうち前記陽イオンにバインドされた酸素の数、前記候補結合の酸素および炭素の前記陽イオンの付加に伴うチャージ変化量を前記結合特性パラメータとして抽出してもよい。
【００１９】
解析対象の糖鎖にノイラミン酸が含まれる場合には、上記の複数のパラメータを結合特性パラメータとして用いることにより、断片化パターンを精度良く求めることができる。
【００２０】
上記糖鎖断片化パターン解析装置において、前記結合特性パラメータ抽出手段は、解析対象の糖鎖にフコースが含まれ、かつノイラミン酸が含まれない場合に、前記候補結合の結合距離および結合次数、前記候補結合と前記陽イオンとの距離、前記候補結合により結合された糖に含まれる酸素のうち前記陽イオンにバインドされた酸素の数、前記候補結合の酸素および炭素の前記陽イオンの付加に伴うチャージ変化量を前記結合特性パラメータとして抽出してもよい。
【００２１】
解析対象の糖鎖にフコースが含まれ、かつノイラミン酸が含まれない場合には、上記の複数のパラメータを結合特性パラメータとして用いることにより、断片化パターンを精度良く求めることができる。
【００２２】
上記糖鎖断片化パターン解析装置において、前記重み情報記憶手段は、解析対象の糖鎖に含まれる糖の種類に関連付けて複数の重み情報を記憶し、前記総合スコア計算手段は、解析対象の糖鎖に含まれる糖の種類に対応する重み情報を前記重み情報記憶手段から読み出し、読み出した重み情報を用いて前記総合スコアの計算を行ってもよい。
【００２３】
このように解析対象の糖鎖に含まれる糖の種類に応じて重み情報記憶手段に複数の重み情報を記憶しておき、総合スコアの計算の際に、糖鎖に含まれる糖の種類に応じて適切な重み情報を読み出して用いることにより、断片化パターンを精度良く求めることができる。
【００２４】
上記糖鎖断片化パターン解析装置において、前記重み情報記憶手段に記憶される複数の重み情報のうち、解析対象の糖鎖にノイラミン酸が含まれる場合に適用される重み情報はノイラミン酸が含まれない場合に比べて、前記候補結合の結合次数の結合特性パラメータに対応する結合特性スコアの結合強度に対する寄与が大きく設定され、前記候補結合と前記陽イオンとの距離、前記候補結合により結合された糖に含まれる酸素のうち前記陽イオンにバインドされた酸素の数の結合特性パラメータに対応する結合特性スコアの結合強度に対する寄与が小さく設定される。
【００２５】
解析対象の糖鎖にノイラミン酸が含まれる場合には、結合次数の寄与を大きくし、陽イオンと候補結合との距離およびバインドされた酸素の数の寄与を小さくすることによって、断片化パターンを精度良く求めることができる。
【００２６】
上記糖鎖断片化パターン解析装置において、前記パラメータ変換手段は、同一種類の結合特性パラメータに基づいて糖鎖内のすべての前記候補結合に順位を付し、その順位に応じて前記候補結合の前記結合特性スコアに変換してもよい。
【００２７】
これにより、結合特性パラメータを、同一種類の複数の結合特性パラメータの大小関係に応じた結合特性スコアに変換できる。
【００２８】
上記糖鎖断片化パターン解析装置は、解析対象の糖鎖の化学式の入力を受け付ける化学式入力手段と、前記糖鎖の最適化構造に基づいて陽イオンを付加可能な位置を付加候補位置として求める付加候補位置算出手段と、前記付加候補位置算出手段にて求められた付加候補位置を表示して、表示された付加候補位置から陽イオン付加位置の選択を受け付ける選択受付手段とを備え、前記最適化構造計算手段は、前記選択受付手段にて受け付けられた位置へ陽イオンが付加された糖鎖の最適化構造を計算してもよい。
【００２９】
このように選択受付手段によって陽イオンの付加位置の選択を受け付ける構成とすることで、陽イオンの付加位置を変えて断片化パターンを解析することができる。
【００３０】
上記糖鎖断片化パターン解析装置は、解析対象の糖鎖の化学式の入力を受け付ける化学式入力手段と、前記糖鎖の最適化構造に基づいて陽イオンを付加可能な位置を付加候補位置として求める付加候補位置算出手段を備え、前記最適化構造計算手段によって前記付加候補位置のそれぞれに陽イオンが付加されたときの糖鎖の最適化構造を計算し、その計算結果からそれぞれの糖鎖の安定度を求め、それぞれの糖鎖の安定度に基づいて陽イオンの付加位置を決定する陽イオン付加位置決定手段が設けられてもよい。
【００３１】
陽イオンをそれぞれの付加候補位置に付加したときの糖鎖の安定度に基づいて、陽イオンの付加位置を決定することにより、最も安定的な位置に陽イオンを付加したときの糖鎖の断片化パターンを解析できる。
【００３２】
本発明の糖鎖断片化パターン解析方法は、糖鎖マススペクトラのためにイオン化された糖鎖の断片化パターンを分子構造に基づく計算により解析するための糖鎖断片化パターン解析方法であって、陽イオンの付加によりイオン化された糖鎖の最適化構造を計算する最適化構造計算ステップと、前記最適化構造計算ステップにおける計算結果から、前記糖鎖内の切断箇所の候補となる複数の候補結合のそれぞれについて、結合強度に関連する複数種類の結合特性パラメータを抽出する結合特性パラメータ抽出ステップと、前記結合特性パラメータ抽出ステップにて抽出された複数種類の結合特性パラメータのそれぞれを結合特性スコアへと、複数の候補結合における同一種類の結合特性パラメータの大小関係に結合特性スコアが対応するように変換するパラメータ変換ステップと、前記複数種類の結合特性パラメータに対応する複数種類の結合特性スコアのそれぞれの結合強度に対する寄与を表す重み情報を重み情報記憶手段から読み出す重み情報読出しステップと、前記糖鎖の断片化パターンを表す情報として、各候補結合における複数種類の結合特性スコアの総合スコアを、前記重み情報読出しステップにおいて読み出した重み情報によって前記複数種類の結合特性パラメータが重み付けされるように求める総合スコア計算ステップとを備える。
【００３３】
これにより、本発明の糖鎖断片化パターン解析装置と同様に、それぞれの候補結合の結合特性パラメータに基づいて断片化パターンの情報を表す総合スコアを求めることにより、計算によって断片化パターンを解析できる。また、本発明の糖鎖断片化パターン解析装置の各種の構成を、本発明の糖鎖断片化パターン解析方法に適用することも可能である。
【００３４】
本発明のプログラムは、糖鎖マススペクトラのためにイオン化された糖鎖の断片化パターンを分子構造に基づく計算により解析するためのプログラムであって、コンピュータに、陽イオンの付加によりイオン化された糖鎖の最適化構造を計算する最適化構造計算ステップと、前記最適化構造計算ステップにおける計算結果から、前記糖鎖内の切断箇所の候補となる複数の候補結合のそれぞれについて、結合強度に関連する複数種類の結合特性パラメータを抽出する結合特性パラメータ抽出ステップと、前記結合特性パラメータ抽出ステップにて抽出された複数種類の結合特性パラメータのそれぞれを結合特性スコアへと、複数の候補結合における同一種類の結合特性パラメータの大小関係に結合特性スコアが対応するように変換するパラメータ変換ステップと、前記複数種類の結合特性パラメータに対応する複数種類の結合特性スコアのそれぞれの結合強度に対する寄与を表す重み情報を重み情報記憶手段から読み出す重み情報読出しステップと、前記糖鎖の断片化パターンを表す情報として、各候補結合における複数種類の結合特性スコアの総合スコアを、前記重み情報読出しステップにおいて読み出した重み情報によって前記複数種類の結合特性パラメータが重み付けされるように求める総合スコア計算ステップとを実行させる。
【００３５】
これにより、本発明の糖鎖断片化パターン解析装置と同様に、それぞれの候補結合の結合特性パラメータに基づいて断片化パターンの情報を表す総合スコアを求めることにより、計算によって断片化パターンを解析できる。また、本発明の糖鎖断片化パターン解析装置の各種の構成を、本発明のプログラムに適用することも可能である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明は、陽イオンを付加した糖鎖の最適化構造計算結果から、それぞれの候補結合の結合特性パラメータを抽出し、結合特性パラメータに基づいて断片化パターンの情報を表す総合スコアを求めることにより、計算によって断片化パターンを解析できるというすぐれた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置について図面を参照して説明する。実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置は、陽イオンの付加によってイオン化した糖鎖の断片化パターンを解析する装置である。糖鎖断片化パターン解析装置によって糖鎖の断片化パターンを計算で求めることができる。これにより、質量分析を行わずとも迅速に糖鎖の断片化パターンを計算できる。なお、本実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置では、質量分析を行うときと同一条件で糖鎖の断片化パターンを求めるために、Ｎａイオンを付加してイオン化した糖鎖の断片化パターンを解析する。
【００３８】
図１は、第１の実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置１０の構成を示す図である。糖鎖断片化パターン解析装置１０は、糖鎖の最適化構造計算を行う複数のコンピュータ１２と、最適化構造計算の計算結果に基づいて断片化パターンを示す情報を求めるコンピュータ１４とが接続されて構成されている。コンピュータ１４には入力部１６および出力部１８が備えられている。入力部１６を構成するハードウェアは、例えば、キーボード、マウス、またはファイルのデータを読み込むデータ読込装置等であり、出力部１８を構成するハードウェアは、例えば、ディスプレイ、またはデータをファイルに書き込むデータ書込み装置である。糖鎖断片化パターン解析装置１０は、入力部１６から解析対象の糖鎖のデータを受け付け、出力部１８から解析結果を出力する。本実施の形態では、糖鎖断片化パターン解析装置１０を複数のコンピュータ１２，１４によって構成することにより、最適化構造計算を分散して行って各コンピュータ１２，１４の負荷を軽減し、処理の高速化を図れる。
【００３９】
図２は、解析対象の糖鎖の例を示す図である。断片化パターン解析装置１０の詳しい説明の前に、糖鎖の断片化について図２を参照しながら説明する。図２に示す糖鎖は化学式GalNAcβ1-3(Fucα1-2)Galで表される糖鎖であり、Ｎ−アセチルガラクトサミンと、ガラクトースと、フコースの３つの糖を含む。Ｎ−アセチルガラクトサミンとガラクトース、フコースとガラクトースはそれぞれグリコシド結合によって結合している。グリコシド結合は、２つの糖が酸素を介在して結合される形式である。このグリコシド結合が、糖鎖にエネルギーが加わったときに糖鎖が切断される切断箇所の候補となる。より詳しくは、グリコシド結合は、１つの糖に含まれる炭素が酸素に結合され、さらにその酸素がもう１つの糖に含まれる炭素と結合されており、これにより２つの糖が酸素を介在して結合される。つまり、グリコシド結合は、介在された酸素の両側に結合部分を有する。１つのグリコシド結合で候補となる切断箇所は、一方の糖と酸素との間の結合部分と、もう一方の糖と酸素との間の結合部分の２箇所である。本明細書では、切断箇所の候補となる結合部分を「候補結合」という。図２に示す糖鎖は、４箇所の候補結合Ｂ１α／Ｙ１α、Ｃ１α／Ｚ１α、Ｂ１β／Ｙ１β、Ｃ１β／Ｚ１βを含んでいる。
【００４０】
本実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置１０について説明する。図３は、本実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置１０の機能ブロック図である。以下、図３に示す糖鎖断片化パターン解析装置１０の各機能について説明する。
【００４１】
化学式入力部２０は、解析対象の糖鎖の化学式、および糖鎖に対する陽イオンの付加位置等の入力を受け付ける機能を有する。化学式入力部２０は、入力された糖鎖の化学式のデータを、最適化構造計算部２２に渡す。
【００４２】
ここで、最適化構造計算部２２が行う最適化構造計算について説明する。最適化構造計算とは、分子の安定的な構造とその構造における分子軌道を求める計算である。最適化構造計算は、分子軌道計算ソフトを実行することにより行うことができる。最適化構造計算部２２は、まず、経験的ポテンシャルを使い時間依存性の無いMolecular Mechanics法で糖鎖を評価する。続いて、最適化構造計算部２２は、半経験的な分子軌道計算（ＰＭ３／ＰＭ５法）により構造及びエネルギーの妥当性を調査した後、非経験的な分子軌道計算としてHatree-Fock法にて基底関数として６−３１Ｇ*を使用し、グリコシド結合や立体構造およびエネルギーを求める。半経験的な分子軌道計算、および非経験的な分子軌道計算には、ＧＡＵＳＳＩＡＮ（登録商標）を用いることができる。また必要があれば、計算レベルＭＰ法や密度汎関数Ｂ３ＬＹＰ法を使用し、さらに大きな基底関数を考慮してもよい。この計算では段階的に計算レベルを上げ、ふるいに掛けながら重要な構造を絞り網羅的に計算を行うことができる。また糖ペプチドの分子軌道計算としてもＯ−グリコシド結合糖鎖やＮ−グリコシド結合糖鎖を考慮し上記のような段階的計算を実行することも可能である。最適化構造計算は、計算処理の負荷が大きいので、図１で示したように複数のコンピュータ１２を接続したＰＣクラスタで計算することにより、負荷を分散することが好適である。
【００４３】
最適化構造計算部２２は、化学式入力部２０から渡された糖鎖の化学式のデータを用いて最適化構造計算を行い、その計算結果をＮａ付加候補位置算出部２４に渡す。また、最適化構造計算部２２は、Ｎａ付加候補位置算出部２４にて求められた付加候補位置のそれぞれにＮａイオンを付加した糖鎖の最適化構造計算を行い、その計算結果をＮａ付加候補位置算出部２４に渡す。
【００４４】
Ｎａ付加候補位置算出部２４は、最適化構造計算の結果からＮａイオンを付加する候補となる複数の候補位置を求める。そして、Ｎａ付加候補位置算出部２４は、求めたＮａ付加位置の候補となる位置のデータを最適化構造計算部２２に渡す。また、Ｎａ付加候補位置算出部２４は、最適化構造計算部２２にて求められたＮａイオンを付加したときの糖鎖の最適化構造計算結果に基づいて、複数の付加候補位置へのＮａイオンの付加しやすさの順位を付する。そして、Ｎａ付加候補位置算出部２４は、Ｎａイオンの付加候補位置の情報とその順位の情報を選択受付部２６に渡す。
【００４５】
選択受付部２６は、Ｎａ付加候補位置算出部２４にて求められたＮａ付加候補位置をユーザに提示し、提示されたＮａ付加候補位置の中からのＮａイオンの付加位置の選択を受け付ける。
【００４６】
結合特性パラメータ抽出部２８は、選択受付部２６にて受け付けられた付加候補位置にＮａイオンが付加されたときの糖鎖の最適化構造計算の結果を最適化構造計算部２２から受け取り、受け取った計算結果から複数種類の結合特性パラメータを抽出する。本実施の形態では、結合特性パラメータ抽出部２８は、各候補結合について、結合距離、結合次数、Ｎａ距離、バインド数、チャージ変化量のパラメータを抽出する。
【００４７】
図４は、Ｎａイオンの付加によりイオン化された糖鎖GalNAcβ1-3(Fucα1-2)Gal（図２参照）の各候補結合の結合特性パラメータを示す図である。以下、それぞれの結合特性パラメータについて説明する。結合距離とは、候補結合を構成する酸素と炭素との距離である。結合次数とは、候補結合を構成する酸素と炭素との共有結合の多重性を示す次数である。Ｎａ距離は、付加されたＮａイオンと候補結合の酸素との距離である。バインド数は、候補結合によって結合された糖を構成する酸素のうちでＮａイオンにバインドされている酸素の数である。ここでは、Ｎａイオンから３Å以内の距離にある酸素をＮａイオンにバインドされている酸素として数える。ここで、バインド数について、糖鎖に含まれる酸素とＮａイオンとの距離を示すコンタクトマップを用いて説明する。
【００４８】
図５は、Ｎａイオンの付加によりイオン化された糖鎖GalNAcβ1-3(Fucα1-2)Gal（図２参照）のコンタクトマップである。コンタクトマップの横軸は糖鎖内の酸素を示し、縦軸はＮａイオンと酸素との距離を示す。コンタクトマップの右側にはガラクトースのデータがプロットされている。コンタクトマップの左側には、フコースとＮ−アセチルガラクトサミンのデータがプロットされている。図５に示されるように、Ｎａイオンから３Å以内にある酸素は、Ｎ−アセチルガラクトサミン内の酸素Ｃ２と、ガラクトース内の酸素Ｃ４，Ｃ６である。図２に示す糖鎖において、候補結合Ｂ１α／Ｙ１αのバインド数は、Ｎ−アセチルガラクトサミンとガラクトースに含まれる酸素の数であるので「３」となる。候補結合Ｃ１α／Ｚ１αについても同様にバインド数は「３」である。候補結合Ｂ１β／Ｙ１βおよび候補結合Ｃ１β／Ｚ１βのバインド数は、フコースとガラクトースに含まれる酸素の数であるので「２」となる。
【００４９】
チャージ変化量は、候補結合の酸素および炭素のＮａイオンの付加に伴うチャージの変化である。例えば、酸素のチャージ変化量δチャージは、Ｎａイオンを付加しないときのチャージを「Ｏチャージ（ニュートラル）」、Ｎａイオンを付加したときのチャージを「Ｏチャージ（Ｎａ付加）」として、
δチャージ＝Ｏチャージ（Ｎａ付加）−Ｏチャージ（ニュートラル）・・・（１）
によって求める。
【００５０】
コンタクトマップ作成部３０は、最適化構造計算部２２による最適化構造計算の結果から図５に示すコンタクトマップを作成する。
【００５１】
チャージマップ作成部３２は、糖鎖内の全酸素についてのチャージ変化量を示すチャージマップを作成する。図６は、チャージマップを示す図である。チャージマップの横軸は糖鎖内の酸素を示し、縦軸はチャージ変化量を示す。候補結合の酸素以外の酸素のチャージ変化量についても上記（１）式によって求められる。
【００５２】
図３に戻って、パラメータ変換部３４は、結合特性パラメータ抽出部２８にて抽出された各候補結合の結合特性パラメータを、統一的に扱うことができるスコアに変換する機能を有する。より詳しくは、パラメータ変換部３４は、個々の結合特性パラメータを基準として、複数の候補結合を結合強度の弱い順に順位付けし、その順位に応じて当該結合特性パラメータに対応する結合特性スコアを求める。これにより、結合特性パラメータを、同一種類の複数の結合特性パラメータの大小関係に対応した結合特性スコアに変換できる。
【００５３】
ここで、図４の結合距離を例として説明する。結合距離の結合特性パラメータは、結合距離が大きいほど結合強度が弱いので、結合距離が「1.408824」の候補結合Ｂ１β／Ｙ１βが１位となる。次に、結合距離が大きいのは候補結合Ｃ１α／Ｚ１αで、候補結合Ｂ１α／Ｙ１α、Ｃ１β／Ｚ１βがこれに続く。従って、パラメータ変換部３４は、図７（ａ）に示すように結合距離の結合特性パラメータについて、各候補結合の順位付けを行う。そして、パラメータ変換部３４は、付与した順位に応じて１位に１００点、２位に９５点、３位に９０点、４位に８５点のスコアを与える。これにより、候補結合Ｂ１β／Ｙ１βの結合距離のスコアが１００点、候補結合Ｃ１α／Ｚ１αの結合距離のスコアが９５点、候補結合Ｂ１α／Ｙ１αが９０点、候補結合Ｃ１β／Ｚ１βが８５点と決定される。
【００５４】
他の結合特性パラメータも、結合距離と同様に順位に応じてスコアに変換する。結合次数については結合次数が小さい順に、Ｎａ距離についてはＮａ距離が大きい順に、バインド数についてはバインド数が少ない順に、チャージ変化量についてはチャージ変化量が小さい順に順位を付与する（図７（ａ）参照）。なお、チャージ変化量について、酸素のチャージ変化量が等しい候補結合は、炭素のチャージ変化量によって順位を付与する。
【００５５】
Ｎａ距離およびバインド数については、同じグリコシド結合内の２つの候補結合で値が等しくなる。図４に示すように、例えば、Ｎａ距離については、候補結合Ｂ１β／Ｙ１βと候補結合Ｃ１β／Ｚ１βの値が等しく、候補結合Ｂ１α／Ｙ１αと候補結合Ｃ１α／Ｚ１αの値が等しい。この場合、順位は候補結合Ｂ１β／Ｙ１βと候補結合Ｃ１β／Ｚ１βを共に１位、候補結合Ｂ１α／Ｙ１αと候補結合Ｃ１α／Ｚ１αを共に３位とする。そして、候補結合Ｂ１β／Ｙ１βと候補結合Ｃ１β／Ｚ１βのスコアを共に１００点、候補結合Ｂ１α／Ｙ１αと候補結合Ｃ１α／Ｚ１αのスコアを共に９０点とする。バインド数についても、Ｎａ距離と同様にしてスコアが決定される。
【００５６】
本実施の形態では、順位の高い方から５点刻みに小さくなるスコアを付与したが、スコアの決め方は本実施の形態の方法に限定されない。
【００５７】
図３に戻って、総合スコア算出部３６は、パラメータ変換部３４にて変換された複数種類の結合特性スコアから候補結合の総合スコアを算出する機能を有する。総合スコア算出部３６は、重み情報記憶部３８から読み出した重み情報を用いて、各候補結合の総合評価を求める。ここで、重み情報について説明する。
【００５８】
図８は、重み情報記憶部３８に記憶された重み情報の例を示す図である。図８に示すように、重み情報記憶部３８には、複数の結合特性スコアのそれぞれの結合強度に対する寄与を表す重み情報が記憶されている。例えば、重み情報Ｗ１を参照すると、結合距離「１」、結合次数「１．０５」、Ｎａ距離「１」、バインド数「１」、チャージ変化量「０」であるので、結合次数の結合特性スコアは、結合距離の結合特性スコアに対して１．０５倍の重みを有する。また、チャージ変化量「０」は、チャージ変化量が総合スコアに含まれないことを示す。
【００５９】
また、重み情報記憶部３８には、糖鎖に含まれる糖の種類に応じて３種類の重み情報が記憶されている。重み情報Ｗ１はデフォルトの重み情報である。重み情報Ｗ２は糖鎖にノイラミン酸が含まれる場合に適用される重み情報である。重み情報Ｗ３は糖鎖にノイラミン酸が含まれておらず、かつフコースが含まれる場合に適用される重み情報である。デフォルトの重み情報Ｗ１は、重み情報Ｗ２、Ｗ３が適用されない全ての糖鎖に対して適用される。
【００６０】
重み情報記憶部３８に記憶される重み情報は、既知のサンプルの糖鎖の断片化パターンを質量分析によって求めた実験結果に基づいて決定される。具体的には、まず、サンプルの糖鎖の断片化パターンを質量分析による実験によって求める。これにより、サンプルの糖鎖において、どの候補結合が切断し易いかを実験的に求めることができる。一方で、サンプルの糖鎖の化学式のデータを用いて最適化構造計算を行う。この計算結果から、サンプルの糖鎖内のそれぞれの候補結合について結合特性パラメータを抽出し、抽出された結合特性パラメータに結合特性スコアに変換する。以上のようにして、複数のサンプルの糖鎖について、断片化パターンの実験結果と、それぞれの候補結合の結合特性スコアを求める。そして、複数のサンプルについての実験結果と結合特性スコアとを比較して、実験により切断された候補結合の総合スコアが高くなるように、複数種類の結合特性スコアのそれぞれの寄与を決定する。
【００６１】
なお、本実施の形態では、３種類の重み情報を含む重み情報記憶部３８について説明しているが、重み情報の種類は３種類に限定されない。例えば、糖の種類によっては上記した３種類の重み情報とは異なる重み情報を用いた方が適切に糖鎖の断片化パターンを解析できることが判明した場合には、その糖に対応した重み情報を重み情報記憶部３８に追加する。
【００６２】
総合スコア算出部３６は、重み情報記憶部３８から読み出した重み情報によって各結合特性パラメータのスコアを重み付けした総合スコアを総合評価として求める。具体的には、各結合特性パラメータのスコアに重み情報の値を乗じて求めた重み補正後のスコアの平均を総合スコアとする。
【００６３】
切断位置決定部４０は、総合スコア算出部３６にて算出された各候補結合の総合スコアに基づいて、最も切断され易い候補結合を決定する機能を有する。本実施の形態では、総合スコアの最も高い候補結合を切断され易い結合として決定する。切断位置決定部４０は、決定された候補結合の情報を解析結果出力部４２に渡し、解析結果出力部４２から出力させる。また、切断位置決定部４０は、決定された候補結合にて糖鎖が切断された結果、断片化した糖鎖の分子量を計算し、解析結果出力部４２から出力させる。
【００６４】
解析結果出力部４２は、糖鎖の断片化パターンの解析結果等を出力する機能を有する。
【００６５】
図９は、糖鎖断片化パターン解析装置１０の動作を示すフローチャートである。糖鎖断片化パターン解析装置１０の動作について図９を参照して説明する。ここでは、図２に示す糖鎖の断片化パターンを解析する例について説明する。
【００６６】
まず、糖鎖断片化パターン解析装置１０の入力部１６が解析対象の糖鎖の化学式のデータ入力を受け付け、受け付けたデータを最適化構造計算部２２に渡す（Ｓ１０）。糖鎖断片化パターン解析装置１０の最適化構造計算部２２は、受け付けたデータに基づいて糖鎖の最適化構造計算を行う（Ｓ１２）。そして、糖鎖断片化パターン解析装置１０は、最適化構造計算結果を、Ｎａ付加候補位置算出部２４および結合特性パラメータ抽出部２８に入力する。結合特性パラメータ抽出部２８は、最適化構造の計算結果から糖鎖内の酸素および炭素のチャージ量を抽出して記憶する（Ｓ１４）。ここでは、糖鎖にＮａイオンが付加される前のニュートラルな状態でのチャージ量が記憶される。
【００６７】
次に、Ｎａ付加候補位置算出部２４は、最適化構造計算の計算結果に基づいて、Ｎａイオンを付加可能な付加候補位置を求め、求めた付加候補位置のデータを最適化構造計算部２２に渡す。最適化構造計算部２２は、Ｎａ付加候補位置算出部２４からＮａ付加候補位置のデータを受け取ると、付加候補位置のそれぞれにＮａイオンを付加したときの糖鎖の最適化構造計算を行う（Ｓ１６）。そして、最適化構造計算部２２は、それぞれの糖鎖についての最適化構造計算の結果をＮａ付加候補位置算出部２４に渡す。Ｎａ付加候補位置算出部２４は、最適化構造計算の結果に基づいて、複数の付加候補位置のそれぞれに対するＮａイオンの付加しやすさの順位を決定する。具体的には、Ｎａイオンが付加されていないニュートラルな状態とそれぞれの付加候補位置にＮａイオンが付加された状態における生成熱を求め、その差によって順位を決定する。
【００６８】
Ｎａ付加候補位置算出部２４は、複数のＮａ付加候補位置のデータと、それぞれの候補位置に対するＮａイオンの付加しやすさの順位を示すデータを選択受付部２６に渡す。選択受付部２６は、Ｎａ付加候補位置算出部２４から渡されたデータに基づいて、Ｎａの付加候補位置とそれぞれの候補位置に対するＮａイオンの付加しやすさの順位を表示し、Ｎａイオンの付加位置を候補位置の中から選択するようにユーザに促す。そして、選択受付部２６は、複数の付加候補位置からのＮａ付加位置の選択を受け付ける（Ｓ１８）。なお、本実施の形態は、それぞれの付加候補位置へのＮａイオンの付加しやすさの順位を表示してＮａ付加位置の選択を支援する構成としたが、Ｎａイオンの付加しやすさの順位を表示しない構成とすることも可能である。
【００６９】
Ｎａイオンの付加位置が選択されると、結合特性パラメータ抽出部２８は、選択された位置にＮａイオンが付加された糖鎖の最適化構造計算の結果を最適化構造計算部２２から受け取る。そして、結合特性パラメータ抽出部２８は、入力された最適化構造計算の計算結果から、図４に示す５種類の結合特性パラメータを抽出する（Ｓ２０）。このとき、結合特性パラメータ抽出部２８は、ステップＳ１４にて記憶したニュートラルな状態での酸素および炭素のチャージを用いて、チャージ変化量を求める。
【００７０】
続いて、コンタクトマップ作成部３０が最適化構造計算の計算結果に基づいてコンタクトマップ（図５参照）を作成し、解析結果出力部４２にて表示する（Ｓ２２）。また、チャージマップ作成部３２が最適化構造計算の計算結果に基づいてチャージマップ（図６参照）を作成し、解析結果出力部４２にて表示する（Ｓ２４）。なお、コンタクトマップの作成およびチャージマップの作成は、結合特性パラメータの抽出より前に行ってもよい。
【００７１】
次に、パラメータ変換部３４は、結合特性パラメータ抽出部２８にて抽出された複数種類の結合特性パラメータをそれぞれ対応する結合特性スコアに変換する（Ｓ２６）。パラメータ変換部３４による結合特性パラメータから結合特性スコアへの変換は、上記したように、同一種類の複数の結合特性パラメータの順位に結合特性スコアが対応するように行う。続いて、総合スコア算出部３６は、解析対象の糖鎖に含まれる糖の種類に応じて、重み情報記憶部３８から総合スコアの算出に適用する重み情報を読み出す（Ｓ２８）。
【００７２】
図１０は、総合スコア算出部３６が重み情報記憶部３８から読み出す重み情報を決定する動作を示すフローチャートである。総合スコア算出部３６は、解析対象の糖鎖にノイラミン酸が含まれるか否かを判定する（Ｓ４０）。解析対象の糖鎖に含まれる糖の種類は、最初に入力された糖鎖の化学式から求めることができる。総合スコア算出部３６は、解析対象の糖鎖にノイラミン酸が含まれる場合には図８に示す重み情報記憶部３８の重み情報Ｗ２を読み出し（Ｓ４６）、ノイラミン酸が含まれない場合には糖鎖にフコースが含まれるか否かを判定する（Ｓ４２）。総合スコア算出部３６は、解析対象の糖鎖にフコースが含まれる場合には、図８に示す重み情報記憶部３８の重み情報Ｗ３を読み出し（Ｓ４８）、糖鎖にフコースが含まれない場合にはデフォルトの重み情報Ｗ１を読み出す（Ｓ４４）。本実施の形態の例では、解析対象の糖鎖（図２参照）にはノイラミン酸が含まれないので、ステップＳ４０の判定でＮＯと判定され、糖鎖にフコースが含まれるか否かの判定（Ｓ４２）に進む。そして、解析対象の糖鎖にはフコースが含まれるので、ステップＳ４２の判定でＹＥＳと判定され、重み情報Ｗ３を読み出すステップＳ４８に進む。
【００７３】
総合スコア算出部３６は、読み出した重み情報を用いて各結合特性パラメータに重み付けし、各候補結合の結合強度の総合評価を算出する（Ｓ３０）。総合スコアＳｔは、
Ｓｔ＝Σ（（結合特性パラメータのスコア）×（結合特性パラメータの重み））／５・・・（２）
によって求められる。
【００７４】
図７（ｂ）は、求められた各候補結合の総合評価を示す図である。ここで、候補結合Ｂ１β／Ｙ１βを例として総合スコアの算出について説明する。図７（ａ）に示すように、候補結合Ｂ１β／Ｙ１βの各結合特性パラメータのスコアはいずれも１００点である。候補結合Ｂ１β／Ｙ１βの総合スコアは、各結合特性パラメータのスコアを（２）式に適用することによって、Ｓｔ＝（（１００×１．０５）＋（１００×１）＋（１００×１）＋（１００×１．１）＋（１００×１））／５＝１０３と、算出される。
【００７５】
次に、切断位置決定部４０は、各候補結合の総合評価に基づいて、最も切断しやすい候補結合を決定する（Ｓ３２）。図７（ｂ）を参照すると、候補結合Ｂ１β／Ｙ１βのスコアが最も高いので、切断位置決定部４０は、候補結合Ｂ１β／Ｙ１βが最も切断しやすい候補結合として決定する。そして、切断位置決定部４０は、決定された候補結合にて糖鎖が切断して生成される断片化された糖鎖の分子量を求める。
【００７６】
続いて、糖鎖断片化パターン解析装置１０の解析結果出力部４２は、結合特性パラメータ抽出部２８にて抽出された各候補結合の結合特性パラメータの順位（図７（ａ）参照）と、総合スコア算出部３６にて算出された各候補結合の総合スコア（図７（ｂ）参照）と、切断位置決定部４０にて求められた切断後の糖鎖の分子量とを解析結果出力部４２に表示する（Ｓ３４）。
【００７７】
次に、本実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置１０によって求めた断片化パターンと質量分析によって調べた断片化パターンとを比較する。
【００７８】
図１１は、図２に示す糖鎖GalNAcβ1-3(Fucα1-2)Galの断片化パターンを質量分析によって調べた結果である。図１１に示す結果より、ＲＩ（Relative Intensity）の最も高いのは４０６Ｄａである。これは糖鎖断片化パターン解析装置１０によって求めた候補結合Ｂ１β／Ｙ１βで断片化される糖鎖の重さと一致している。
【００７９】
次に、化学式Neu5Acα2-3Galβ1-4Galで表される図１２の糖鎖を解析した例について説明する。図１２に示す糖鎖は、Ｎ−アセチルノイラミン酸と、２つのガラクトースの３つの糖を含む。図１２に示す糖鎖では、４箇所の候補結合Ｂ１／Ｙ２、Ｃ１／Ｚ２、Ｂ２／Ｙ１、Ｃ２／Ｚ１を含んでいる。
【００８０】
図１３（ａ）は、図１２に示す糖鎖の各候補結合の結合特性パラメータのスコアを示す図である。図１２に示す糖鎖には、ノイラミン酸が含まれているので、重み情報記憶部３８から重み情報Ｗ２が読み出される。重み情報Ｗ２を用いて、各候補結合の総合スコアを求めた結果を図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）に示す総合スコアによれば、候補結合Ｂ１／Ｙ２が最も切断され易い候補結合であることが分かる。
【００８１】
図１４は、図１２に示す糖鎖の断片化パターンを質量分析によって調べた結果である。図１４に示す結果より、ＲＩ（Relative Intensity）の最も高いのは３６５Ｄａである。これは糖鎖断片化パターン解析装置１０によって求めた候補結合Ｂ１／Ｙ２で断片化される糖鎖の重さと一致している。
【００８２】
次に、化学式Galα1-3Galβ1-Galで表される図１５の糖鎖を解析した例について説明する。図１５に示す糖鎖は、３つのガラクトースが２つのグリコシド結合によって構成されている。図１５に示す糖鎖では、４箇所の候補結合Ｂ１／Ｙ２、Ｃ１／Ｚ２、Ｂ２／Ｙ１、Ｃ２／Ｚ１を含んでいる。
【００８３】
図１６（ａ）は、図１５に示す糖鎖の各候補結合の結合特性パラメータのスコアを示す図である。図１５に示す糖鎖には、ノイラミン酸もフコースも含まれていないので、重み情報記憶部３８からデフォルトの重み情報Ｗ１が読み出される。重み情報Ｗ１を用いて、各候補結合の総合スコアを求めた結果を図１６（ｂ）に示す。図１６（ｂ）に示す総合スコアによれば、候補結合Ｂ１／Ｙ２が最も切断され易い候補結合であることが分かる。
【００８４】
図１７は、図１５に示す糖鎖の断片化パターンを質量分析によって調べた結果である。図１７に示す結果より、ＲＩ（Relative Intensity）の最も高いのは３６５Ｄａである。これは糖鎖断片化パターン解析装置１０によって求めた候補結合Ｂ１／Ｙ２で断片化される糖鎖の重さと一致している。
【００８５】
以上のように、実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置１０で求めた断片化パターンは、質量分析で調べた結果とよく一致しており、本実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置１０の有用性が確認された。
【００８６】
本実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置１０は、陽イオンを付加した糖鎖の最適化構造計算の計算結果から各候補結合の結合特性パラメータを抽出し、抽出された結合特性パラメータに基づいて断片化パターンの情報を表す結合スコアを求めることにより、計算によって糖鎖の断片化パターンを解析できる。
【００８７】
また、本実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置１０は、パラメータ変換部３４にて結合特性パラメータを統一的に扱うことができる結合特性スコアに変換することにより、総合スコアを精度良く求めることができる。
【００８８】
また、本実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置１０は、結合強度への寄与を表す重み情報を用いて総合スコアを求めることにより、複数種類の結合特性パラメータから適切に総合スコアを求めることができる。
【００８９】
また、本実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置１０で糖鎖の断片化パターンを解析することにより、質量分析によって断片化パターンを実験的に求めるより遥かに早く断片化パターンを求めることができる。これにより、構造上の多様性を持つ糖鎖の解析に役立てることができる。すなわち、本実施の形態の糖鎖断片化パターン解析装置１０によって糖鎖の断片化パターンを迅速に計算できるので、大量の糖鎖についての断片化パターンを短期間で蓄積できる。これにより、膨大な数の糖鎖について、断片化パターンを蓄積したデータベースを構築することができる。このデータベースを利用すれば、未知の糖鎖の同定が可能となる。つまり、未知の糖鎖の断片化パターンを質量分析で求め、求められた断片化パターンに合致する糖鎖をデータベースから検索することにより、未知の糖鎖を同定できる。
【００９０】
以上、本発明の糖鎖断片化パターン解析装置１０について実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。
【００９１】
上記した実施の形態では、結合距離、結合次数、Ｎａ距離、バインド数、チャージ変化量の結合特性パラメータを用いて候補結合の結合強度の総合評価を求めたが、候補結合の酸素と炭素の電子状態を示す共鳴項を結合特性パラメータとして用いてもよい。
【００９２】
また、上記した実施の形態では、選択受付部２６がユーザからの選択を受け付けてＮａイオンの付加位置を決定しているが、Ｎａイオンの付加位置を自動的に決定する構成を採用することもできる。すなわち、最適化構造計算部２２にて求められた付加候補位置へのＮａイオンの付加しやすさの順位から、Ｎａイオンが最も付加しやすい位置をＮａ付加位置として決定してもよい。
【００９３】
上記した実施の形態では、複数のコンピュータ１２，１４によって糖鎖断片化パターン解析装置を構成したが、糖鎖断片化パターン解析装置を一台のコンピュータによって構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上説明したように、本発明は、それぞれの候補結合の結合特性パラメータに基づいて断片化パターンの情報を表す総合スコアを求めることにより、計算によって断片化パターンを解析できるというすぐれた効果を有し、イオン化された糖鎖の断片化パターンを解析する糖鎖断片化パターン解析装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】糖鎖断片化パターン解析装置の構成を示す図である。
【図２】GalNAcβ1-3(Fucα1-2)Galで表される糖鎖を示す図である。
【図３】糖鎖断片化パターン解析装置の機能ブロックを示す図である。
【図４】各候補結合の結合特性パラメータの例を示す図である。
【図５】コンタクトマップを示す図である。
【図６】チャージマップを示す図である。
【図７】（ａ）は各結合特性パラメータのスコアを示す図、（ｂ）は総合スコアを示す図である。
【図８】重み情報記憶部に記憶されたデータの例を示す図である。
【図９】糖鎖断片化パターン解析装置の動作を示す図である。
【図１０】重み情報記憶部から読み出す重み情報を選択する動作を示す図である。
【図１１】質量分析によって糖鎖の断片化パターンを求めた実験結果を示す図である。
【図１２】Neu5Acα2-3Galβ1-4Galで表される糖鎖を示す図である。
【図１３】（ａ）は各結合特性パラメータのスコアを示す図、（ｂ）は総合スコアを示す図である。
【図１４】質量分析によって糖鎖の断片化パターンを求めた実験結果を示す図である。
【図１５】Galα1-3Galβ1-Galで表される糖鎖を示す図である。
【図１６】（ａ）は各結合特性パラメータのスコアを示す図、（ｂ）は総合スコアを示す図である。
【図１７】質量分析によって糖鎖の断片化パターンを求めた実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０  糖鎖断片化パターン解析装置
１２  コンピュータ
１４  コンピュータ
１６  入力部
１８  出力部
２０  化学式入力部
２２  最適化構造計算部
２４  Ｎａ付加候補位置算出部
２６  選択受付部
２８  結合特性パラメータ抽出部
３０  コンタクトマップ作成部
３２  チャージマップ作成部
３４  パラメータ変換部
３６  総合スコア算出部
３８  重み情報記憶部
４０  切断位置決定部
４２  解析結果出力部
【図１】
2006058151.tif 000003
【図２】
2006058151.tif 000004
【図３】
2006058151.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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