(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のＤＮＡ配列から相同なモチーフ配列を抽出する。【解決手段】１０ｋベース程度の長さのＡ，Ｂ２つの配列においてディヌクレオチド（以下２塩基対という）を中心とし、左と右に同じ長さの配列を持つ部分配列を抽出、格納し、部分配列から検索キーとして２塩基対を第１優先順位とし、２塩基対の左または右側から採取したことを示すキーの種別を第２優先順位とし、中心に近い方から昇順を定め、３塩基から１つの塩基を除いて２塩基ずつを連接した塩基列の検索キーを第３優先順位に設定し、検索キー列をソートした後、順位が隣り合わせのＡ、Ｂ部分配列を取り出し、Ａ、Ｂ配列の対応位置の塩基の一致数を合計して許容変異率未満で一定長さ以上の塩基配列をモチーフと判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ，Ｂ２つのＤＮＡ配列の読み枠（ＯＲＦ）の開始点を基準として前後どちらかの方向に３塩基単位で先頭１，２位置または後尾２，３位置にある２塩基対を中心として左と右の塩基列をもつ部分配列を抽出・格納し、検索キーとして２塩基対を第１優先順位とし、２塩基対の左または右側から採取したことを示すキーの種別を第２優先順位とし、中心に近い方から昇順を定め、３塩基から１つの塩基を除いて２塩基ずつを連接した塩基列の検索キーを第３優先順位に設定し、検索キー配列を整列した後、順位が隣り合わせのＡ、Ｂ部分配列を取り出し、Ａ、Ｂ配列の対応位置の塩基の一致数を合計して許容変異率未満で一定長さ以上の塩基配列をモチーフと判定する情報処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、コンピュータを用いて複数のＤＮＡ配列から相同なモチーフ配列を抽出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としてはつぎのものがある。Ｙａｄａ，Ｔ．，Ｔｏｔｏｋｉ，Ｙ．，Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｍ．，Ａｓａｉ，Ｋ．，Ｎａｋａｉ，Ｋ．：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｏｔｉｆｓ  ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｈｉｄｄｅｎ  Ｍａｒｋｏｖ  ｍｏｄｅｌ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  ＤＮＡ  ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ，Ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ，ｖｏｌ１４，ｎｏ．４，１９９８（３１７−３２５）
隠れマルコフ・モデルの統計的手法を使用したＹＥＢＩＳというプログラムがＷＷＷ上で公開されている。しかし、入力データの長さや本数により適切なパラメータが変わるので毎回試行錯誤が必要である。このためＧＵＩツールが開発されている。本出願の発明は一切のパラメータは不要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
第１のモチーフはタンパク質のコード領域に存在し、類似の機能をもつ共通パターンを指す場合であり、第２のモチーフはマイクロアレイの実験で発現プロファイルが類似している場合、それらのＤＮＡは共通の転写因子により制御されている可能性が高く、その上流配列中の共通のパターンを指す場合である。両者をモチーフと呼び、ＤＮＡ配列間で一定未満の変異率を持った共通の配列として判定・抽出することが課題となる。
【０００４】
【課題を解決するための方法】
バイオインフォマティクスにおいて、モチーフとはＤＮＡ配列またはアミノ酸配列に含まれる生物学的に意味のある共通した特徴を持つ配列パターンを指す。配列から共通のパターンを発見すれば、それが何らかの機能を有していると考えることができる。モチーフ抽出の意義は配列から機能部位を推定することにある。
【０００５】
本出願の発明の実施例はＤＮＡ配列を対象とするが、アミノ酸配列はコドン表をもとにＤＮＡ配列に還元できるので、本発明の対象をＤＮＡ配列のみに限定するものではない。
【０００６】
２つの配列の長さがおのおの１０個以上であり、対応位置にある各塩基の一致数を合計し、変異率を不一致個数／全個数で定義し、変異率３０％未満の２つの配列は互いにモチーフの関係にあるという。たとえば、長さが１０個の配列のうち２個異なった塩基を含む２つの配列はモチーフという。完全一致のモチーフよりも変異率をもったモチーフが利用面からより重要であるが、発見することは完全一致のモチーフよりも困難である。本発明の対象は変異率を含むモチーフである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例では長さが各１２ｋベースのＡ，Ｂ２つの配列群からモチーフを発見することを目的とする。各ファイルはＡ，Ｂの識別符号を付けて連結する。Ａ、Ｂ両方に共通に含まれるモチーフ、ＡまたはＢのみに含まれ相手側には含まれないモチーフ等を抽出する。後者はＡ，Ｂから両方に含まれるすべてのモチーフを削除した後に残るモチーフとして抽出される。
【０００８】
【実施例】
１．ＯＲＦの抽出
モチーフはタンパク質コード領域に存在するので、ＤＮＡ配列の３つの読み枠から開始コドンで始まり終止コドンで終わる長さ３０塩基以上のＯＲＦ（ＯｐｅｎＲｅａｄｉｎｇ  Ｆｒａｍｅ）を抽出し、この中でモチーフを発見する。ＯＲＦの先頭位置が２塩基対抽出の基準位置となる。
【０００９】
また、ＤＮＡは共通の転写因子により制御されている可能性が高く、その上流配列中に共通のモチーフが存在する。この場合はＯＲＦの先頭位置から上流側にさかのぼってモチーフを発見する。
【００１０】
２．核２塩基対と検索キー
ＯＲＦの先頭から３個ずつの塩基の先頭１，２位置の２塩基対（ＡＡ，ＡＣ，ＡＧ，ＡＴ・・・ＴＴ）を核とし、これを中央に置いて左１２塩基、右（１＋１２）塩基の合計２７塩基からなる検査部分配列を抽出する。
【００１１】
２塩基対を核として検査配列を抽出する理由は次の２つである。第１の理由は配列全体の探索を網羅的、効率的に行うため、ＯＲＦ先頭位置から１，２位置の２塩基対を核とすることにより、一定間隔の網羅的探索が可能になり、すべての前後位置の２塩基対を核とする場合の１／３の探索回数となる。
【００１２】
第２の理由は表１に示すように各２塩基対の出現位置は特異性をもつ。たとえば、先頭１，２位置によく出現するＡＴ２塩基対と後尾２，３位置によく出現するＴＧ２塩基対が存在する。したがって、Ａ，Ｂ２つのファイル群のＯＲＦの開始点から３塩基単位で数えて同じ先頭位置の２塩基対ＡＴを中央に置いて検査配列を抽出すると、ランダムな位置にあるＡＴを核として抽出するよりも２つの検査配列が相同である確率は高くなる。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
検索キーは不一致を許容するような２ｏｕｔｏｆ３の８個の塩基で構成する。すなわち、表２の×位置の塩基は検索キーから除外して広範囲の一致数を増やす。除外する塩基位置により左先頭型、左中抜き型、左後尾型、右先頭型、右中抜き型、右後尾型の６種類が存在するが、６つのうちから左右２つずつの合計４つを選択するとすべての配列を網羅的に探索できる。この４つをキー種別という。
【００１５】
表２にはＡＡが先頭２塩基対のケースを示す。ＡＡから始まりＴＴで終わる１６組の２塩基対を核とした部分配列を抽出し、Ａ，Ｂファイル別と一連番号を付けて格納する。別途ＡＡを後尾２塩基対とするケースも存在する。先頭をとるか後尾をとるか、いずれか一方で十分であるが、ＯＲＦ全体の２塩基対の出現頻度の偏りが大きい方を選択することが望ましい。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
検索順位は中央から両端方向に昇順とする。すなわち、核２塩基対の周辺ほどよく一致させるため、左先頭、左中抜き、左後尾キーは塩基を逆の順序で並べる。右側のキーは通常の順位で昇順となる。
検索キーの構成：核２塩基対の１６進番号（１）＋キー種別（１）＋検索キー（８）＋ファイル別一連番号
ここで（数字）は桁数をあらわす。
【００１８】
【表３】
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【００１９】
３．モチーフの抽出
Ａ，Ｂ２つのキー配列群すべてを一括してソートする。１６組の２塩基対を核とし、上述の４組のキーを設定し、すべてのＡ，Ｂ群の検索キーを混合した後、検索キーをもとにソートを行う。表３から明らかなようにＡ，Ｂの同種のモチーフは相同の検索キーをもち、ソートした順序において上下に隣接して並ぶので、Ａ，ＢまたはＢ，Ａが上下に並んだキーに基づいて、検査部分配列を取り出し両者の塩基の一致数を合計し、互いに変異率３０％以下のモチーフの条件を満足する検査部分配列を求める。表４は左後尾キーに基づいて検査配列を並べたもので左右両端から一致数を合計し、一致数が（０．７Ｘ塩基数）以上になるまで合計範囲を狭める。合計範囲が１０個になっても上記条件を満足しないとき、次の検索キーに移る。表４は下線の一致個所が示すとおり、上下間でよく一致していることが分かる。
【００２０】
【表４】
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【００２１】
【発明の効果】
本出願の発明はパソコンにより１２ｋベースの２つの配列からそれぞれ固有のモチーフ配列を抽出し、各配列から固有のモチーフとの変異率３０％未満のモチーフを合わせて抽出するのに必要な時間は６秒と高速の処理を実現できるので、ＳＮＰの検出やタンパク質のモチーフを抽出するのに有用な情報処理方法である。
【００２２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の情報処理手順を示す図である。
【図１】
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