(57)【要約】【課題】  複数核酸配列間の相関解析を、解析対象配列の相補鎖を考慮して高速に実行でき、精度の高い結果を導出する手段を提供する。【解決手段】  相関解析実行前に、解析対象となる核酸配列の方向性を決定し、方向決定済の入力配列を使って相関解析を行えるようにした。【選択図】  図１
2006003997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相同性検索処理部と相関解析処理部を有する処理装置を用いて複数の核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメントを作成する方法であって、
前記処理装置は、
入力された複数の核酸配列のうちの一つの核酸配列をクエリ配列とし、残りの全ての核酸配列をターゲット配列として、前記クエリ配列と前記ターゲット配列及びその相補鎖配列との間で相同性検索を行う工程、
前記相同性検索の結果から、前記入力されたそれぞれの核酸配列毎に、入力された核酸配列をそのまま解析対象配列とするか、入力された核酸配列の相補鎖配列を解析対象配列とするかを決定して、決定された複数の解析対象配列間の相関解析を行う工程、
前記相関解析の結果に基づいて、複数の核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメントを作成する工程、
を実行する方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記処理装置は、
ターゲット配列毎に、相同性検索のスコア値の高い配列を入力された核酸配列とその相補鎖配列に分類したとき、いずれの配列の数が多いかを判定する工程、
前記判定の結果、入力された核酸配列の数の方が多かった場合には、前記クエリ配列をそのまま解析対象配列とし、ターゲット配列に関しては、入力された核酸配列のスコア値の方が高かった場合には入力された配列をそのまま解析対象配列とし、相補鎖配列のスコア値の方が高かった場合には入力された核酸配列の相補鎖配列を解析対象配列とし、他方、前記判定の結果、相補鎖配列の数の方が多かった場合には、前記クエリ配列の相補鎖配列を解析対象配列とし、ターゲット配列に関しては、入力された核酸配列のスコア値の方が高かった場合にはその相補鎖配列を解析対象配列とし、相補鎖配列のスコア値の方が高かった場合には入力された核酸配列をそのまま解析対象配列として、相関解析を行う工程、
を実行する方法。
【請求項３】
入力された複数の核酸配列のうちの一つの核酸配列をクエリ配列とし、残りの全ての核酸配列をターゲット配列として、前記クエリ配列と前記ターゲット配列及びその相補鎖配列との間で相同性検索を行う工程、
前記相同性検索の結果から、前記入力されたそれぞれの核酸配列毎に、入力された核酸配列をそのまま解析対象配列とするか、入力された核酸配列の相補鎖配列を解析対象配列とするかを決定して、決定された複数の解析対象配列間の相関解析を行う工程、
前記相関解析の結果に基づいて、複数の核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメントを作成する工程、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項４】
請求項３記載のプログラムにおいて、
ターゲット配列毎に、相同性検索のスコア値の高い配列を入力された核酸配列とその相補鎖配列に分類したとき、いずれの配列の数が多いかを判定する工程、
前記判定の結果、入力された核酸配列の数の方が多かった場合には、前記クエリ配列をそのまま解析対象配列とし、ターゲット配列に関しては、入力された核酸配列のスコア値の方が高かった場合には入力された配列をそのまま解析対象配列とし、相補鎖配列のスコア値の方が高かった場合には入力された核酸配列の相補鎖配列を解析対象配列とし、他方、前記判定の結果、相補鎖配列の数の方が多かった場合には、前記クエリ配列の相補鎖配列を解析対象配列とし、ターゲット配列に関しては、入力された核酸配列のスコア値の方が高かった場合にはその相補鎖配列を解析対象配列とし、相補鎖配列のスコア値の方が高かった場合には入力された核酸配列をそのまま解析対象配列として、相関解析を行う工程、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の核酸配列相互の相関解析を行って核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメントを作成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に核酸は、二本のポリヌクレオチド鎖が塩基間の水素結合で並列し、互いにねじれあって二重らせん構造を成す。塩基間の結合は、アデニン(A)はチミン(T)と、グアニン(G)はシトシン(C)と水素結合で相補的に結びつき、他の組み合わせは起こらない。あるポリヌクレオチド鎖に相補的に結合したポリヌクレオチド鎖を、その鎖の相補鎖と呼ぶ。
【０００３】
従来、核酸を含む生体高分子間の相関解析を行う方法としては、J. Thompson and T. Gibsonが作成したプログラムであるClustalW(1994- )がある。ここで使われている計算法は、ClustalW Thompson JD, Higgins DG, Gibson TJ (Nucleic Acid Res. 1994 Nov: 4673-80)に述べられている。ClustalWは異なる生体高分子間の進化系統関係を解析し、それらのマルチプルアラインメントを作成する。
【非特許文献１】Nucleic Acid Res. 1994 Nov: 4673-80
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の相関解析には以下の問題点がある。
１．計算対象の核酸配列の方向性（5’→3’(+方向)または3’→5’(-方向)）がわからない場合、解析から有意な結果が得られない場合が多い。（解析結果の精度の問題）
図９に示すように、核酸配列において、配列の先頭を5’、配列の末尾を3’と呼ぶ。5’→3’の方向を+方向、3’→5’の方向を-方向と呼ぶ。シーケンサーなどの機器を使って核酸配列を解読する際には、核酸配列の二本鎖を同時には解読できず、ポリヌクレオチド鎖９０１，９０３を一本ずつ解読する。また解読方向は常に一定（鎖を上、塩基９０２を下にした場合、左側から解読する）である。このため、あるポリヌクレオチド鎖９０１が+方向に解読されると、その相補鎖９０３は必ず-方向に解読される。
【０００５】
２．上記１の問題を解決する１つの方法としては、計算対象の全核酸配列の相補鎖配列を作成し、これらの配列を計算対象に加える方法がある。しかしこの場合は計算対象の核酸配列が２倍となり、計算時間は約４倍となる。（計算時間の問題）
【０００６】
３．さらに２の方法では、解析結果中の半分の配列が結果に対して有意でないものであり、結果表示が見づらくなる。（結果表示の問題）
本発明は、複数核酸配列間の相関解析を、解析対象配列の相補鎖を考慮して高速に実行でき、精度の高い結果を導出する方法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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の核酸配列相互の相関解析を行う際に、その結果がより有意になるようにオリジナルの配列もしくはその相補鎖配列のいずれかを入力として選択し、核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメントを作成する。即ち、解析対象の核酸配列のうち任意で選択された１配列（以下、クエリとする）と解析対象の残りの全配列との間で相同性検索を行い、この結果によりそれぞれの配列においてオリジナル配列と相補鎖配列のいずれかが解析結果をより有意なものにするかを判定し、その配列を解析対象として選択する。そして解析対象として選択された配列同士の相関解析を行う。本発明の方法は、コンピュータにプログラムをロードすることで実行することができる。
【０００８】
解析対象配列の方向性を選択することで解析結果の精度を上げることができ、対象配列の数も増えないので計算時間の問題も解決できる。そして解析結果に表示される配列は、全て結果に有意な配列のみである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、入力配列の方向性を決定することによって、これまで膨大な時間がかかりかつ精度の低かった核酸配列間の相関解析を、高速にかつ高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施する場合の一形態を図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明による核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメント作成システムの構成例（スタンドアロン方式）を示すブロック図である。本システム（スタンドアロン方式）は、図１に示すように、中央処理装置１０１で実現する。中央処理装置１０１は、処理部A１０２と、表示装置１０３と、キーボード１０４と、マウス１０５を備えて構成される。処理部A１０２は、配列の入力を受け付ける入力受付部１０２１、入力配列の方向性を決定する方向性決定部１０２２、配列間の相関解析を行う解析部１０２３、結果表示を行う表示部１０２４から構成される。
【００１１】
利用者はキーボード１０４やマウス１０５を使って任意の核酸配列を中央処理装置１０１に入力する。中央処理装置１０１は、入力された核酸配列を使って、解析結果をより有意にする入力配列の方向性を選択し、これら核酸配列間の相関解析を行い、その結果から核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメントを表示装置１０３に描画する。
【００１２】
図２は、本発明による核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメント作成システムの他の構成例（クライアント・サーバ方式）を示すブロック図である。本システム（クライアント・サーバ方式）は、図２に示すように、核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメント作成装置(サーバ)２０１と、データ入出力処理装置(クライアント)２０４と、通信回線２０３で実現する。核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメント作成装置２０１は、入力核酸配列の方向性計算及びマルチプルアラインメント処理を行う処理部B２０２を備える。処理部B２０２は、入力配列の方向性を決定する方向性決定部２０２１、配列間の相関解析を行う解析部２０２２から構成される。データ入出力処理装置２０４は、データの入出力処理を行う処理部C２０５と、表示装置２０６と、キーボード２０７と、マウス２０８から構成される。処理部C２０５は、配列の入力を受け付ける入力受付部２０５１、結果表示を行う表示部２０５２から構成される。
【００１３】
利用者はキーボード２０７やマウス２０８を使って任意の核酸配列をデータ入出力処理装置２０４に入力する。データ入出力処理装置２０４は、入力された配列を通信回線２０３を通して核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメント作成装置２０１へ送信する。核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメント作成装置２０１は、送信された配列を使って核酸配列間の相関解析を行い、その結果を通信回線２０３を通してデータ入出力処理装置２０４へ送る。データ入出力処理装置２０４は、送信された解析結果から核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメントを表示装置２０６に描画する。
【００１４】
図３は、表示装置１０３又は表示装置２０６に表示する、核酸配列間の相関を示す樹状図の一例である。この図は、核酸配列間の進化系統を表している。樹状図の右端にある文字列３０１は各配列の配列名である。
【００１５】
図４は、表示装置１０３又は表示装置２０６に表示する、核酸配列間のマルチプルアラインメント（複数の配列を並べ、それらの間の一致・不一致をわかりやすく表示する）の一例である。画面上側はマルチプルアラインメント概要図４０１であり、アラインメント配列の全長を表示している。画面下側はアラインメント配列４０２である。アラインメント配列４０２においては、全配列が一致した部分４０３と、配列の一致率が一定以上の部分４０４で色分けが可能である。
【００１６】
図５は、図１，２で説明した核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメント作成システムにおける核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメント作成処理を詳細に説明した図である。ここで、核酸配列間の相同性検索にはBLAST（Altschul, S.F., Madden, T.L., Schaffer, A.A., Zhang, J., Zhang, Z., Miller, W. & Lipman, D.J. (1997) "Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs." Nucleic Acids Res. 25:3389-3402.）やSSEARCH（D. J. Lipman, W. R. Person: Rapid and sensitive protein similarity searches, Science, 227, 1435-1441 (1985)）など相補鎖を含めて相同的な配列を検索するプログラムを、核酸配列間の相関解析にはClustalWを用いている。
【００１７】
処理が開始される（５０１）と、入力された配列が読み込まれる（５０２）。入力配列のうち任意の１配列をクエリ配列５０５とし、その他の配列をターゲット配列５０４とする（５０３）。ターゲット配列５０４は相同性検索用データベース５０６に格納される。
【００１８】
次に、クエリ配列５０４と相同性検索用データベース５０６中の配列との間で相同性検索を行い（５０７）、検索結果５０８をターゲット配列毎に検索スコア値の高い順にソートし（５０９）、それぞれのターゲット配列で最もスコア値の高い結果中の核酸配列の方向を、その配列の方向とする（５１０）。
【００１９】
ターゲット配列の方向性を決定した後、その中で「+」方向である配列の数を集計し（５１１）、「+」方向の配列が過半数に達する場合はクエリ配列をそのまま配列間相関解析の入力配列とし（５１３）、ターゲット配列は「+」方向の配列をそのまま配列間相関解析の入力配列とし、「-」方向の配列はその相補鎖を作成して配列間相関解析の入力配列とする（５１５）。「+」方向の配列が過半数に達しない場合は、クエリ配列の相補鎖を作成してこれを配列間相関解析の入力配列とし（５１４）、ターゲット配列は「-」方向の配列をそのまま配列間相関解析の入力配列とし、「+」方向の配列はその相補鎖を作成して配列間相関解析の入力配列とする（５１６）。
【００２０】
こうして配列間相関解析の入力配列を確定した後で配列間相関解析を行い（５１７）、解析結果５１８を出力する。解析結果が出力されると、配列間相関図又はマルチプルアラインメント描画のための情報を作成し（５１９）、配列間相関図又はマルチプルアラインメントを表示装置に描画する（５２０）。
【００２１】
図６は、図５において入力配列の方向を決定する方法について詳細を説明した図である。まず、入力配列群Aから任意の配列「配列１」を選択し、これをクエリ配列Bとする。次にクエリ配列Bと入力配列群Aのその他の配列との間で相同性検索を行い、検索結果Cを得る。検索結果Cにおいて各ターゲット配列中スコア値が最大になるものを選択してその方向を得て、配列の方向性Dを算出する。ここで、４本のターゲット配列中に方向が「+」のものは３本なのでクエリ配列Bの方向は「+」となり、クエリ配列Bはそのまま方向決定済入力配列群Eに入れる。またターゲット配列「配列３」の方向は「-」なので、この配列の相補鎖配列「配列３_C」を作成し、方向決定済入力配列群Eに入れる。その他のターゲット配列はそのまま方向決定済入力配列群Eに入れる。
【００２２】
図７は、図１、２で説明した核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメント作成システムにおける、核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメント作成処理のための核酸配列投入のユーザインターフェースのうち、メインとなるダイアログの一例である。利用者はまずメインダイアログ（図７）において、配列ファイルをドラッグ＆ドロップして、ファイルウィンドウ７０１に入力する。次に利用者は、「マルチプルアラインメント表示」ボタン７０２を押してマルチプルアラインメント（図４）を表示、または「配列間の相関図の表示」ボタン７０３を押して配列間の相関を示した樹状図（図３）を表示させることができる。
【００２３】
図８は、図７で説明したプロファイルデータベース利用システムにおける、核酸配列間の相関図又はマルチプルアラインメント作成処理のための核酸配列投入のユーザインターフェースの利用手順について詳細に説明した図である。
【００２４】
処理が開始される（８０１）と、利用者からのドラッグ＆ドロップによる配列ファイル入力を受け付ける（８０２）。ファイル入力が完了した後、「マルチプルアラインメント表示」ボタンまたは「配列間相関図の表示」ボタンが押される（８０３）と、配列間相関解析を行う（８０４）。解析が完了すると、利用者によって押されたボタンの種類を判別し（８０５）、「マルチプルアラインメントの表示」ボタンが押されていればマルチプルアラインメントを表示し（８０７）、「配列間相関図の表示」ボタンが押されていれば進化系統樹を表示する（８０６）。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】システム構成図。
【図２】システム構成図。
【図３】樹状図の例を示す図。
【図４】マルチプルアラインメントの例を示す図。
【図５】相補鎖を考慮した配列相関解析手順を示す図。
【図６】入力配列の方向の決定の説明図。
【図７】核酸配列投入のユーザインターフェース（メインダイアログ）の例を示す図。
【図８】核酸配列投入のユーザインターフェース利用手順を示す図。
【図９】核酸配列方向と機器による解読方向の説明図。
【符号の説明】
【００２６】
１０１…中央処理装置、１０２…処理部A、１０３…表示装置、１０４…キーボード、１０５…マウス、２０１…データベースアクセス処理装置、２０２…処理部B、２０３…通信回線、２０４…データ入出力処理装置、２０５…処理部C、２０６…表示装置、２０７…キーボード、２０８…マウス、３０１…生体高分子配列名、４０１…マルチプルアラインメント概要図、４０２…アラインメント配列、４０３…全配列が一致した部分、４０４…配列の一致率が一定以上の部分、７０１…ファイルスペース、７０２…「マルチプルアラインメントの表示」ボタン、７０３…「配列相関図の表示」ボタン、９０１…ポリヌクレオチド鎖、９０２…塩基、９０３…９０１の相補鎖
【図１】
2006003997.tif 000003
【図２】
2006003997.tif 000004
【図３】
2006003997.tif 000005
【図４】
2006003997.tif 000006
【図５】
2006003997.tif 000007
【図６】
2006003997.tif 000008
【図７】
2006003997.tif 000009
【図８】
2006003997.tif 000010
【図９】
2006003997.tif 000011