(57)【要約】【課題】  蛋白質折り畳みの基本構造の形成を描写、分析及び予測する方法、アルゴリズム及び応用を提供する。【解決手段】  本発明の蛋白質折り畳みコ−ドの方法及びアルゴリズムは、あらゆる種類の蛋白質の立体構造の分析及び描写、特に蛋白質及び蛋白質セグメントに関する幾何構造の分析及び描写に対して適用可能である。本発明は、既知のデ−タを利用して、蛋白質の五つのアミノ酸セグメント毎に、主な炭素チェ−ン原子の二面角及び伸展距離を導出し、それにより生じる２７個の折り畳みコ−ドベクトルが、蛋白質の折り畳み構造を連続的に描写する。本発明の蛋白質折り畳みコ−ドの方法、アルゴリズム及び応用は、パソコン技術及びソフトウエアプログラムを通じて表現可能であり、更に他の核酸や炭水化物、糖蛋白質等の生物分子の３Ｄ構造の描写、分析及び予測に応用できる。又、有機分子の立体構造を描写するツ−ルとなり、特に薬物の設計及び開発の応用に適合する。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続した配列のアミノ酸鎖からなる蛋白質の構造或いは前記蛋白質の部分構造を分析或いは記述する方法であって、
当該蛋白質或いは当該蛋白質の少なくとも一部分を複数のユニットに分割するＡステップと、
第１ユニットに対して第１二面角の区間値を確定するＢステップと、
前記第１ユニットに対して第２二面角の区間値を確定するＣステップと、
前記第１ユニットに対して伸展距離の区間値を確定するＤステップと、
前記Ｂステップ、前記Ｃステップ及び前記Ｄステップにより取得された各前記区間値を組み合わせて、第１ユニットベクトルを得るＥステップと、
を含み、
前記Ａステップにおいて、
各前記ユニットは、連続した五つのアミノ酸を含み、
当該連続した五つのアミノ酸は、一つの第１アミノ酸、一つの第２アミノ酸、一つの第３アミノ酸、一つの第４アミノ酸及び一つの第５アミノ酸からなり、
各前記アミノ酸は、何れも一つのα−炭素原子を含み、
前記Ｂステップにおいて、
前記第１二面角は、前記第１アミノ酸、前記第２アミノ酸及び前記第３アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される第１平面と、前記第２アミノ酸、前記第３アミノ酸及び前記第４アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される第２平面との間にあり、当該第１平面及び当該第２平面により確定され、
前記第１二面角の区間値は、区間ａ１、区間ａ２及び区間ａ３からなる区間群から選択され、
前記Ｃステップにおいて、
前記第２二面角は、前記第２平面と、前記第３アミノ酸、前記第４アミノ酸及び前記第５アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される第３平面との間にあり、当該第２平面及び当該第３平面により確定され、
前記第２二面角の区間値は、区間ｂ１、区間ｂ２及び区間ｂ３からなる区間群から選択され、
前記Ｄステップにおいて、
前記伸展距離は、前記第１アミノ酸に含まれるα−炭素原子と、前記第５アミノ酸に含まれるα−炭素原子との間の距離であり、
前記伸展距離の区間値は、区間ｃ１、区間ｃ２及び区間ｃ３からなる区間群から選択される
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記Ｅステップは、蛋白質の折り畳みの形を計算するコ−ドを用いるＰＦＳＣアルゴリズムにより実行されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記蛋白質の配向は、Ｎ−末端からＣ−末端までであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記蛋白質の各後継ユニットは、先行するユニットと四つのアミノ酸で重なることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記第１二面角は、前記第１平面及び前記第２平面に略直角であり、前記第２二面角は、前記第２平面及び前記第３平面に略直角であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
五つのα−炭素原子の中心炭素原子において、第１α−炭素原子は第（ｎ−２）α−炭素原子であり、第２α−炭素原子は第（ｎ−１）α−炭素原子であり、第３α−炭素原子は中心α−炭素原子であると同時に第ｎα−炭素原子であり、第４α−炭素原子は第（ｎ＋１）α−炭素原子であり、第５α−炭素原子は第（ｎ＋２）α−炭素原子であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記蛋白質の第２ユニットに対して、前記Ａステップを繰り返すＦステップと、
前記蛋白質の前記第２ユニットに対して、前記ステップＢを繰り返し、前記第２ユニットの前記第１二面角の区間値を確定するＧステップと、
前記蛋白質の前記第２ユニットに対して、前記Ｃステップを繰り返し、前記第２ユニットの前記第２二面角の区間値を確定するＨステップと、
前記蛋白質の前記第２ユニットに対して、前記Ｄステップを繰り返し、前記伸展距離の区間値を確定するＩステップと、
前記Ｇステップ、前記Ｈステップ及び前記Ｉステップにより取得された各前記区間値を組み合わせて、第２ユニットベクトルを得るＪステップと、
を更に含み、
前記Ｆステップにおいて、
前記第２ユニットは、連続した五つのアミノ酸を含み、
当該連続した五つのアミノ酸は、第２ユニット第１アミノ酸、第２ユニット第２アミノ酸、第２ユニット第３アミノ酸、第２ユニット第４アミノ酸及び第２ユニット第５アミノ酸からなり、
各前記アミノ酸は、何れも一つのα−炭素原子を含み、
前記Ｇステップにおいて、
前記第２ユニットの前記第１二面角は、前記第２ユニット第１アミノ酸、前記第２ユニット第２アミノ酸及び前記第２ユニット第３アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される前記第２ユニットの第１平面と、前記第２ユニット第２アミノ酸、前記第２ユニット第３アミノ酸及び前記第２ユニット第４アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される前記第２ユニットの第２平面との間にあり、当該第２ユニットの第１平面及び当該第２ユニットの第２平面により確定され、
前記第２ユニットの前記第１二面角の区間値は、区間ａ１、区間ａ２及び区間ａ３からなる区間群から選択され、
前記Ｈステップにおいて、
前記第２ユニットの前記第２二面角は、前記第２ユニットの第２平面と、前記第２ユニット第３アミノ酸、前記第２ユニット第４アミノ酸及び前記第２ユニット第５アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される当該第２ユニットの第３平面との間にあり、当該第２ユニットの第２平面及び当該第２ユニットの第３平面により確定され、
前記第２ユニットの前記第２二面角の区間値は、区間ｂ１、区間ｂ２及び区間ｂ３からなる区間群から選択され、
前記Ｉステップにおいて、
前記伸展距離は、前記第２ユニット第１アミノ酸に含まれるα−炭素原子と、前記第２ユニット第５アミノ酸に含まれるα−炭素原子との間の距離であり、
前記伸展距離の区間値は、区間ｃ１、区間ｃ２及び区間ｃ３からなる区間群から選択される
ことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項８】
前記蛋白質の連続するユニットに対して、前記Ｆステップ、前記Ｇステップ、前記Ｈステップ、前記Ｉステップ及び前記Ｊステップを繰り返し、ベクトルの第１集合を取得するＫステップを更に含み、
前記第１集合は、当該蛋白質の少なくとも一部分に対応することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項９】
前記蛋白質の連続するユニットに対して、前記Ｆステップ、前記Ｇステップ、前記Ｈステップ、前記Ｉステップ及び前記Ｊステップを繰り返し、一組のベクトル集合を取得するＬステップを更に含み、
前記ベクトル集合は、当該蛋白質の全体に対応することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項１０】
前記ベクトル集合に対して、アルゴリズムを一回或いは数回適用して、前記蛋白質の前記構造の一面或いは複数面を確定するＭステップを更に含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項１１】
前記区間ａ１は０°から１６０°までであり、前記区間ａ２は＋１２０°から−１２０°までであり、前記区間ａ３は−１６０°から０°までであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記区間ａ１は０°から１３０°までであり、前記区間ａ２は１３０°から１８０°まで及び−１８０°から−１３０°までであり、前記区間ａ３は−１３０°から０°までであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記区間ｂ１は０°から１６０°までであり、前記区間ｂ２は＋１２０°から−１２０°までであり、前記区間ｂ３は−１６０°から０°までであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記区間ｂ１は０°から１３０°までであり、前記区間ｂ２は１３０°から１８０°まで及び−１８０°から−１３０°までであり、前記区間ｂ３は−１３０°から０°までであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記区間ｃ１は０から７．０Åまでであり、前記区間ｃ２は４．０Åから１７．０Åまでであり、前記区間ｃ３は１２．０Å以上であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記区間ｃ１は０から５．５Åまでであり、前記区間ｃ２は５．５Åから１４．０Åまでであり、前記区間ｃ３は１４．０Å以上であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記区間ａ１、前記区間ａ２及び前記区間ａ３と、前記区間ｂ１、前記区間ｂ２及び前記区間ｂ３と、前記区間ｃ１、前記区間ｃ２及び前記区間ｃ３とに対し、幾つかの値はデ−タベ−スから取得され、幾つかの値は計算により取得されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
各前記ユニットは、蛋白質の折り畳みの形を計算するコ−ドを用いるＰＦＳＣアルゴリズムが一回実行されて、当該ユニットの一つのベクトルが取得され、当該ベクトルは二十七個のベクトル行列から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１９】
ａ１、ｂ１及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｄ”を取得し、
ａ１、ｂ１及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ａ”を取得し、
ａ１、ｂ１及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｈ”を取得し、
ａ１、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｗ”を取得し、
ａ１、ｂ２及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｖ”を取得し、
ａ１、ｂ２及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｕ”を取得し、
ａ１、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｚ”を取得し、
ａ１、ｂ３及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｙ”を取得し、
ａ１、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｘ”を取得し、
ａ２、ｂ１及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｋ”を取得し、
ａ２、ｂ１及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｊ”を取得し、
ａ２、ｂ１及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｉ”を取得し、
ａ２、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｇ”を取得し、
ａ２、ｂ２及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｂ”を取得し、
ａ２、ｂ２及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｅ”を取得し、
ａ２、ｂ３及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｔ”を取得し、
ａ２、ｂ３及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｓ”を取得し、
ａ２、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｒ”を取得し、
ａ３、ｂ１及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｑ”を取得し、
ａ３、ｂ１及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｐ”を取得し、
ａ３、ｂ１及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｏ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｎ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｍ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｌ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“＄”を取得し、
ａ３、ｂ３及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｃ”を取得し、
ａ３、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｆ”を取得する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２０】
前記Ａステップ、前記Ｂステップ、前記Ｃステップ、前記Ｄステップ及び前記Ｅステップの中、一ステップ或いは数ステップを実行する際に利用される蛋白質デ−タは、一つ或いは複数のデ−タベ−スから取得されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２１】
前記デ−タベ−スは、蛋白質デ−タベ−ス（ＰＤＢ）、ＷＷＰＤＢ、ＲＣＳＢ−ＰＤＢ、ＭＳＤ−ＥＢＩ、ＰＤＢｊ、ＢＭＲＢ、ＮＣＢＩ  ＭＭＤＢ及び私有デ−タベ−スからなるデ−タベ−スリスト中の一つ或いは複数であることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記Ａステップ、前記Ｂステップ、前記Ｃステップ、前記Ｄステップ及び前記Ｅステップの中、一ステップ或いは全ステップを実行する際に利用されるアルゴリズムは、デジタルメモリ−メディアの固定形式により提供されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２３】
前記Ａステップ、前記Ｂステップ、前記Ｃステップ、前記Ｄステップ及び前記Ｅステップの中、一ステップ或いは全ステップを実行する際に利用されるアルゴリズムは、インタ−ネット等のコンピュ−タネットワ−ク或いはウェブサイトを介して提供されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２４】
連続した配列のアミノ酸鎖からなる蛋白質の折り畳みの可能な順列を記述或いは表現するコンピュ−タ補助方法であって、
一つのアルゴリズムを提供して、当該蛋白質を複数のユニットに分割するＡステップと、
一つのアルゴリズムを提供して、第１ユニットに対して第１二面角の区間値を確定するＢステップと、
一つのアルゴリズムを提供して、前記第１ユニットに対して第２二面角の区間値を確定するＣステップと、
一つのアルゴリズムを提供して、前記第１ユニットに対して伸展距離の区間値を確定するＤステップと、
一つのアルゴリズムを提供して、前記Ｂステップ、前記Ｃステップ及び前記Ｄステップにより取得された各前期区間値を組み合わせて、第１ユニットベクトルを取得するＥステップと、
を含み、
前記Ａステップにおいて、
各前記ユニットは、連続した五つのアミノ酸を含み、
当該連続した五つのアミノ酸は、一つの第１アミノ酸、一つの第２アミノ酸、一つの第３アミノ酸、一つの第４アミノ酸及び一つの第５アミノ酸からなり、
各前記アミノ酸は、何れも一つのα−炭素原子を含み、
前記Ｂステップにおいて、
前記第１二面角は、前記第１アミノ酸、前記第２アミノ酸及び前記第３アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される第１平面と、前記第２アミノ酸、前記第３アミノ酸及び前記第４アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される第２平面との間にあり、当該第１平面及び当該第２平面により確定され、
前記第１二面角の区間値は、区間ａ１、区間ａ２及び区間ａ３からなる区間群から選択され、
前記Ｃステップにおいて、
前記第２二面角は、前記第２平面と、前記第３アミノ酸、前記第４アミノ酸及び前記第５アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される第３平面との間にあり、当該第２平面及び当該第３平面により確定され、
前記第２二面角の区間値は、区間ｂ１、区間ｂ２及び区間ｂ３からなる区間群から選択され、
前記Ｄステップにおいて、
前記伸展距離は、前記第１アミノ酸に含まれるα−炭素原子と、前記第５アミノ酸に含まれるα−炭素原子との間の距離であり、
前記伸展距離の区間値は、区間ｃ１、区間ｃ２及び区間ｃ３からなる区間群から選択される
ことを特徴とするコンピュ−タ補助方法。
【請求項２５】
前記Ａステップ、前記Ｂステップ、前記Ｃステップ、前記Ｄステップ及び前記Ｅステップは、蛋白質の折り畳みの形を計算するコ−ドを用いるＰＦＳＣアルゴリズムにより実行されることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項２６】
前記蛋白質の配向は、Ｎ−末端からＣ−末端までであることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項２７】
前記蛋白質の各後継ユニットは、先行するユニットと四つのアミノ酸で重なることを特徴とする請求項２５記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項２８】
前記第１二面角は、前記第１平面及び前記第２平面に略直角であり、前記第２二面角は、前記第２平面及び前記第３平面に略直角であることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項２９】
五つのα−炭素原子の中心炭素原子において、第１α−炭素原子は第（ｎ−２）α−炭素原子であり、第２α−炭素原子は第（ｎ−１）α−炭素原子であり、第３α−炭素原子は中心α−炭素原子であると同時に第ｎα−炭素原子であり、第４α−炭素原子は第（ｎ＋１）α−炭素原子であり、第５α−炭素原子は第（ｎ＋２）α−炭素原子であることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項３０】
前記蛋白質の第２ユニットに対して、前記Ａステップを繰り返すＦステップと、
前記蛋白質の前記第２ユニットに対して、前記ステップＢを繰り返し、前記第２ユニットの前記第１二面角の区間値を確定するＧステップと、
前記蛋白質の前記第２ユニットに対して、前記Ｃステップを繰り返し、前記第２ユニットの前記第２二面角の区間値を確定するＨステップと、
前記蛋白質の前記第２ユニットに対して、前記Ｄステップを繰り返し、前記伸展距離の区間値を確定するＩステップと、
前記Ｇステップ、前記Ｈステップ及び前記Ｉステップにより取得された各前記区間値を組み合わせて、第２ユニットベクトルを得るＪステップと、
を更に含み、
前記Ｆステップにおいて、
前記第２ユニットは、連続した五つのアミノ酸を含み、
当該連続した五つのアミノ酸は、第２ユニット第１アミノ酸、第２ユニット第２アミノ酸、第２ユニット第３アミノ酸、第２ユニット第４アミノ酸及び第２ユニット第５アミノ酸からなり、
各前記アミノ酸は、何れも一つのα−炭素原子を含み、
前記Ｇステップにおいて、
前記第２ユニットの前記第１二面角は、前記第２ユニット第１アミノ酸、前記第２ユニット第２アミノ酸及び前記第２ユニット第３アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される前記第２ユニットの第１平面と、前記第２ユニット第２アミノ酸、前記第２ユニット第３アミノ酸及び前記第２ユニット第４アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される前記第２ユニットの第２平面との間にあり、当該第２ユニットの第１平面及び当該第２ユニットの第２平面により確定され、
前記第２ユニットの前記第１二面角の区間値は、区間ａ１、区間ａ２及び区間ａ３からなる区間群から選択され、
前記Ｈステップにおいて、
前記第２ユニットの前記第２二面角は、前記第２ユニットの第２平面と、前記第２ユニット第３アミノ酸、前記第２ユニット第４アミノ酸及び前記第２ユニット第５アミノ酸に含まれる各α−炭素原子により確定される当該第２ユニットの第３平面との間にあり、当該第２ユニットの第２平面及び当該第２ユニットの第３平面により確定され、
前記第２ユニットの前記第２二面角の区間値は、区間ｂ１、区間ｂ２及び区間ｂ３からなる区間群から選択され、
前記Ｉステップにおいて、
前記伸展距離は、前記第２ユニット第１アミノ酸に含まれるα−炭素原子と、前記第２ユニット第５アミノ酸に含まれるα−炭素原子との間の距離であり、
前記伸展距離の区間値は、区間ｃ１、区間ｃ２及び区間ｃ３からなる区間群から選択される
ことを特徴とする請求項２６記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項３１】
前記蛋白質の連続するユニットに対して、前記Ｆステップ、前記Ｇステップ、前記Ｈステップ、前記Ｉステップ及び前記Ｊステップを繰り返し、ベクトルの第１集合を取得するＫステップを更に含み、
前記第１集合は、当該蛋白質の少なくとも一部分に対応することを特徴とする請求項２７記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項３２】
前記蛋白質の連続するユニットに対して、前記Ｆステップ、前記Ｇステップ、前記Ｈステップ、前記Ｉステップ及び前記Ｊステップを繰り返し、一組のベクトル集合を取得するＬステップを更に含み、
前記ベクトル集合は、当該蛋白質の全体に対応することを特徴とする請求項２７記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項３３】
前記ベクトル集合に対して、アルゴリズムを一回或いは数回適用して、前記蛋白質の前記構造の一面或いは複数面を確定するＭステップを更に含むことを特徴とする請求項２７記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項３４】
前記区間ａ１は０°から１６０°までであり、前記区間ａ２は＋１２０°から−１２０°までであり、前記区間ａ３は−１３０°から０°までであることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項３５】
前記区間ａ１は０°から１３０°までであり、前記区間ａ２は＞１３０°から１８０°まで及び−１８０°から−１３０°までであり、前記区間ａ３は−１３０°から０°までであることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項３６】
前記区間ｂ１は０°から１６０°までであり、前記区間ｂ２は＋１２０°から−１２０°までであり、前記区間ｂ３は−１３０°から０°までであることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項３７】
前記区間ｂ１は０°から１６０°までであり、前記区間ｂ２は＋１２０°から−１２０°までであり、前記区間ｂ３は−１３０°から０°までであることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項３８】
前記区間ｃ１は０から７．０Åまでであり、前記区間ｃ２は４．０Åから１７．０Åまでであり、前記区間ｃ３は１２．０Å以上であることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項３９】
前記区間ｃ１は０から５．５Åまでであり、前記区間ｃ２は５．５Åから１４．０Åまでであり、前記区間ｃ３は１４．０Å以上であることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項４０】
前記区間ａ１、前記区間ａ２及び前記区間ａ３と、前記区間ｂ１、前記区間ｂ２及び前記区間ｂ３と、前記区間ｃ１、前記区間ｃ２及び前記区間ｃ３とに対し、幾つかの値はデ−タベ−スから取得され、幾つかの値は計算により取得されることを特徴とする請求２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項４１】
各前記ユニットは、蛋白質の折り畳みの形を計算するコ−ドを用いるＰＦＳＣアルゴリズムが一回実行されて、当該ユニットの一つのベクトルが取得され、当該ベクトルは二十七個のベクトル行列から選択されることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項４２】
ａ１、ｂ１及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｄ”を取得し、
ａ１、ｂ１及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ａ”を取得し、
ａ１、ｂ１及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｈ”を取得し、
ａ１、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｗ”を取得し、
ａ１、ｂ２及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｖ”を取得し、
ａ１、ｂ２及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｕ”を取得し、
ａ１、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｚ”を取得し、
ａ１、ｂ３及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｙ”を取得し、
ａ１、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｘ”を取得し、
ａ２、ｂ１及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｋ”を取得し、
ａ２、ｂ１及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｊ”を取得し、
ａ２、ｂ１及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｉ”を取得し、
ａ２、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｇ”を取得し、
ａ２、ｂ２及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｂ”を取得し、
ａ２、ｂ２及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｅ”を取得し、
ａ２、ｂ３及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｔ”を取得し、
ａ２、ｂ３及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｓ”を取得し、
ａ２、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｒ”を取得し、
ａ３、ｂ１及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｑ”を取得し、
ａ３、ｂ１及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｐ”を取得し、
ａ３、ｂ１及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｏ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｎ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｍ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｌ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“＄”を取得し、
ａ３、ｂ３及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｃ”を取得し、
ａ３、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｆ”を取得する
ことを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項４３】
前記Ａステップ、前記Ｂステップ、前記Ｃステップ、前記Ｄステップ及び前記Ｅステップの中、一ステップ或いは数ステップを実行する際に利用される蛋白質デ−タは、一つ或いは複数のデ−タベ−スから取得されることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項４４】
前記デ−タベ−スは、蛋白質デ−タベ−ス（ＰＤＢ）、ＷＷＰＤＢ、ＲＣＳＢ−ＰＤＢ、ＭＳＤ−ＥＢＩ、ＰＤＢｊ、ＢＭＲＢ、ＮＣＢＩ  ＭＭＤＢ及び私有デ−タベ−スからなるデ−タベ−スリスト中の一つ或いは複数であることを特徴とする請求項４３記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項４５】
前記Ａステップ、前記Ｂステップ、前記Ｃステップ、前記Ｄステップ及び前記Ｅステップの中、一ステップ或いは全ステップを実行する際に利用されるアルゴリズムは、デジタルメモリ−メディアの固定形式により提供されることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項４６】
前記Ａステップ、前記Ｂステップ、前記Ｃステップ、前記Ｄステップ及び前記Ｅステップの中、一ステップ或いは全ステップを実行する際に利用されるアルゴリズムは、インタ−ネット等のコンピュ−タネットワ−ク或いはウェブサイトを介して提供されることを特徴とする請求項２４記載のコンピュ−タ補助方法。
【請求項４７】
蛋白質或いは蛋白質の一部分の可能な折り畳み構造を記述するコンピュ−タ補助方法であって、
記述される蛋白質或いは蛋白質の一部分を選択する（ａ）ステップと、
デ−タソ−スから取得した当該蛋白質或いは当該蛋白質の一部分の３Ｄ構造を、コンピュ−タに入力する（ｂ）ステップと、
当該蛋白質或いは当該蛋白質の一部分を重複するユニットに分割する（ｃ）ステップと
各前記ユニットに含まれる五つのα−炭素原子を、第１α−炭素原子、第２α−炭素原子、第３α−炭素原子、第４α−炭素原子及び第５α−炭素原子と識別する（ｄ）ステップと、
計算アルゴリズムをコンピュ−タで実行して、第１二面角、第２二面角及び伸展距離を計算する（ｅ）ステップと、
区間値アルゴリズムをコンピュ−タで実行して、前記第１二面角を第１二面角区間値にマッチし、前記第２二面角を第２二面角区間値にマッチし、伸展距離区間値をマッチする（ｆ）ステップと、
を含み、
前記（ｂ）ステップにおいて、
前記デ−タソ−スは、一つのデ−タベ−スであり、
前記（ｃ）ステップにおいて、
各前記ユニットは、連続した五つのアミノ酸を含み
前記（ｅ）ステップにおいて、
前記第１二面角は、第１平面及び第２平面の夾角であり、
前記第１平面は、前記第１α−炭素原子、前記第２α−炭素原子及び前記第３α−炭素原子により確定され、
前記第２平面は、前記第２α−炭素原子、前記第３α−炭素原子及び前記第４α−炭素原子により確定され、
前記第２二面角は、第３平面及び第４平面の夾角であり、
前記第３平面は、前記第２α−炭素原子、前記第３α−炭素原子及び前記第４α−炭素原子により確定され、
前記第４平面は、前記第３α−炭素原子、前記第４α−炭素原子及び前記第５α−炭素原子により確定され、
前記伸展距離は、前記第１α−炭素原子と前記第５α−炭素原子との間の距離により確定され、
前記（ｆ）ステップにおいて、
前記第１二面角区間値は、区間ａ１、区間ａ２及び区間ａ３からなる区間群の中の一つであり、
前記第２二面角区間値は、区間ｂ１、区間ｂ２及び区間ｂ３からなる区間群の中の一つであり、
前記伸展距離区間値は、区間ｃ１、区間ｃ２及び区間ｃ３からなる区間群の中の一つであり、
付与アルゴリズムをコンピュ−タで実行して、ａ１、ａ２、ａ３、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ１、ｃ２及びｃ３の値に基づいて、前記ユニットに一つのベクトルを付与する
ことを特徴とするコンピュ−タ補助方法。
【請求項４８】
ａ１、ｂ１及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｄ”を取得し、
ａ１、ｂ１及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ａ”を取得し、
ａ１、ｂ１及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｈ”を取得し、
ａ１、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｗ”を取得し、
ａ１、ｂ２及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｖ”を取得し、
ａ１、ｂ２及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｕ”を取得し、
ａ１、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｚ”を取得し、
ａ１、ｂ３及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｙ”を取得し、
ａ１、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｘ”を取得し、
ａ２、ｂ１及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｋ”を取得し、
ａ２、ｂ１及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｊ”を取得し、
ａ２、ｂ１及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｉ”を取得し、
ａ２、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｇ”を取得し、
ａ２、ｂ２及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｂ”を取得し、
ａ２、ｂ２及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｅ”を取得し、
ａ２、ｂ３及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｔ”を取得し、
ａ２、ｂ３及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｓ”を取得し、
ａ２、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｒ”を取得し、
ａ３、ｂ１及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｑ”を取得し、
ａ３、ｂ１及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｐ”を取得し、
ａ３、ｂ１及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｏ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“Ｎ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｍ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｌ”を取得し、
ａ３、ｂ２及びｃ１の値の組み合わせによりベクトル“＄”を取得し、
ａ３、ｂ３及びｃ２の値の組み合わせによりベクトル“Ｃ”を取得し、
ａ３、ｂ３及びｃ３の値の組み合わせによりベクトル“Ｆ”を取得する
ことを特徴とする請求項４５記載のコンピュ−タ補助方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛋白質の３Ｄ空間における折り畳み方法の描写に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛋白質の３Ｄ構造は、Ｘ線結晶構造解析を通じてテストすることができ、ＭＲＩを通じてその溶剤をテストすることができ、あるいはコンピュ−タアナログにより原子の座標を得ることができるが、蛋白質の折り畳みの形を描写することは、依然として挑戦性の有る課題である。蛋白質折り畳み構造において、一部のセグメントの構造形成は、水素結合により形成されたα螺旋及びβ折り畳み片により記述可能である。しかし、他の蛋白質セグメントの構造は、通常、確認及び描写し難い無規則の絡み、曲がり及び他の構造からなる。
【０００３】
従来、蛋白質構造を比較する各種の方法には、全て、二次構造アラインメント法が使われている。例えば、下記非特許文献１〜非特許文献８には、上述の方法が記載されている。尚、蛋白質の構造分類及びメモリ−は、既に、ＳＣＯＰ  ａｎｄ  ＣＡＴＨデ−タベ−スで実現されている（非特許文献９参照）。
【０００４】
蛋白質の折り畳みの研究の中、挑戦性が有るのは、あらゆる可能性の有る折り畳みセグメントの描写及び比較が要求されることである。現在、四千種類の可能な蛋白質折り畳みが有ると見積もられており、その中のおよそ二千種類が天然蛋白質に存在していることが分かっている（下記非特許文献１０参照）。大量の天然でない蛋白質と滅多に現れない折り畳み種類とが存在しているため、全ての蛋白質の折り畳み種類を含むデ−タベ−スを取得することは困難である。このような蛋白質の折り畳み及び立体構造に対する不充分な理解が、多数の技術方法の開発を呼び起こした。
【０００５】
例えば、Ｓｋｏｌｎｉｃｋ  ｅｔ  ａｌ.による特許文献１は、アミノ酸序列を利用して蛋白質の三次構造を確定する方法である。特に、当該特許は、非拘束のセグメントの側鎖を考慮し、その非折り畳み状態から完全折り畳み状態までを追跡する。当該特許は、隣接した五つのアミノ酸の二面角及び伸展距離を利用して、蛋白質の折り畳み構造の形成を描写するものではない。
【０００６】
Ｒｏｓｅ  ｅｔ  ａｌ.による特許文献２は、コンピュ−タを利用してアミノ酸序列から蛋白質セグメントの３Ｄ構造を予測する。当該方法は、一つの確定したポリペプチドチェ−ンから構造形成全体を推計し、理想的な幾何構造及び極簡単なエネルギ−公式を利用して蛋白質を折り畳み、二次及び超二次構造を予測する目的に到達する。当該特許は、隣接した五つのアミノ酸の二面角及び伸展距離を利用して、蛋白質の折り畳み構造の形成を描写するものではない。
【０００７】
Ｅｄｇｅｃｏｍｂｅ  ｅｔ  ａｌ.による特許文献３及び特許文献４は、１つの体積から実際の多次元位相幾何表明を直接確定する。当該方法は、ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ表面、静電気の位置エネルギ−及び電子の密度を専ら利用して、分子形状及び蛋白質の構造情報を取得する。当該特許は、隣接した五つのアミノ酸の二面角及び伸展距離を利用して、蛋白質の折り畳み構造の形成を描写するものではない。
【０００８】
Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ.による特許文献５は、コンピュ−タを利用してアミノ酸序列及び既知の３Ｄ構造関係を探索する。当該方法の特別なところは、アミノ酸序列、アミノ酸序列から派生した二次構造及び溶剤親和力性能を利用して、構造アラインメントの分数を計算するところである。当該特許は、隣接した五つのアミノ酸の二面角及び伸展距離を利用して、蛋白質の折り畳み構造の形成を描写するものではない。
【０００９】
Ｈａｎｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ.による特許文献６は、ポリペプチドセグメントを分解する方法を利用してアミノ酸規則序列の比較を通じ一つの距離アラインメントを作ることにより、二つのアミノ酸の規則を決定する。当該特許は、隣接した五つのアミノ酸の二面角及び伸展距離を利用して、蛋白質の折り畳み構造の形成を描写するものではない。
【００１０】
Ｆｌｏｕｄａｓ  ｅｔ  ａｌ.による特許文献７は、力場モデルを利用して第１原理計算により蛋白質の二次及び三次構造を予測する。当該方法は、五つのペプチド毎に構造形成エネルギ−を計算し、体系自由エネルギ−を調整する。当該特許は、隣接した五つのアミノ酸の二面角及び伸展距離を利用して、蛋白質の折り畳み構造の形成を描写するものではない。
【００１１】
ＭｃＲｅｅ  ｅｔ  ａｌ.による特許文献８は、Ｘ線結晶構造解析デ−タを利用して蛋白質のような生物分子構造を確定する。当該方法の特別なところは、多数の分子取替及びＸ線デ−タの比較により目標分子の構造を確定するところである。当該特許は、隣接した五つのアミノ酸の二面角及び伸展距離を利用して、蛋白質の折り畳み構造の形成を描写するものではない。
【００１２】
Ｈａｒｂｕｒｙ  ｅｔ  ａｌ.による特許文献９は、リガント結合点及び蛋白質−蛋白質の相互作用を描写する分析方法である。当該特許は、システインを混ぜることにより蛋白質を修飾し、判断する。当該特許は、隣接した五つのアミノ酸の二面角及び伸展距離を利用して、蛋白質の折り畳み構造の形成を描写するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許Ｎｏ．５，２６５，０３０
【特許文献２】米国特許Ｎｏ．５，６８０，３１９
【特許文献３】米国特許Ｎｏ．６，３４５，２３５
【特許文献４】米国特許Ｎｏ．６，５１６，２７７
【特許文献５】米国特許Ｎｏ．６，５１２，９８１
【特許文献６】米国特許Ｎｏ．６，７９２，３５５
【特許文献７】米国特許Ｎｏ．６，８３２，１６２
【特許文献８】米国特許Ｎｏ．７，１５８，８８８
【特許文献９】米国特許Ｎｏ．７，２８８，３８２
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｄａｌｉ  （Ｈｏｌｍ  Ｌ，  Ｓａｎｄｅｒ  Ｃ．，  Ｊ．  Ｍｏｌ．  Ｂｉｏｌ．，  １９９３ａ；  ２３３：  １２３−１３８．）
【非特許文献２】ＳＴＲＵＣＴＡＬ  （Ｇｅｒｓｔｅｉｎ  Ｍ，  Ｌｅｖｉｔｔ，  Ｍ．  Ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  Ｆｏｕｒｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｃｏｎｆ．  ｏｎ  Ｉｎｔｅｌｌ．  Ｓｙｓ．  ｆｏｒ  Ｍｏｌ．  Ｂｉｏｌ．  Ｍｅｎｌｏ  Ｐａｒｋ，  ＣＡ：ＡＡＡＩ  Ｐｒｅｓｓ．  １９９６．  ｐ  ５９−６７．）
【非特許文献３】ＶＡＳＴ（Ｇｉｂｒａｔ  ＪＦ，  Ｍａｄｅｌ  Ｔ，  Ｂｒｙａｎｔ  ＳＨ．  Ｃｕｒｒ．  Ｏｐｉｎ．  Ｓｔｒｕｃｔ．  Ｂｉｏｌ．  １９９６；  ６：３７７−３８５．）
【非特許文献４】ＬＯＣＫ  （Ｓｉｎｇｈ  ＡＰ，  Ｂｒｕｔｌａｇ  ＤＬ．  Ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  Ｆｉｆｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｃｏｎｆ．  ｏｎ  Ｉｎｔｅｌｌ．  Ｓｙｓ．  ｆｏｒ  Ｍｏｌ．  Ｂｉｏｌ．  Ｍｅｎｌｏ  Ｐａｒｋ，  ＣＡ：  ＡＡＡＩ  Ｐｒｅｓｓ．  １９９７．  ｐ  ２８４−２９３．）
【非特許文献５】３ＤＳｅａｒｃｈ（Ｓｉｎｇｈ  Ａ，  Ｂｒｕｔｌａｇ  Ｄ．  ３ｄＳｅａｒｃｈ  ｈｔｔｐ：／／ｇｅｎｅ．ｓｔａｎｆｏｒｄ．ｅｄｕ／３ｄＳｅａｒｃｈ．）
【非特許文献６】ＣＥ（Ｓｈｉｎｄｙａｌｏｖ  ＩＮ，  Ｂｏｕｒｎｅ  ＰＥ．  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｅｎｇ．  １９９８；  １１（９）：７３９−４７．）
【非特許文献７】ＳＳＭ（Ｋｒｉｓｓｉｎｅｌ  Ｅ，  Ｈｅｎｒｉｃｋ  Ｋ，  Ａｃｔａ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒ  Ｄ  Ｂｉｏｌ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒ．  ２００４；  ６０（Ｐｔ  １２  Ｐｔ  １）：  ２２５６−２２６８．）
【非特許文献８】ＰＡＬＩ（Ｂａｌａｊｉ  Ｓ，  Ｓｕｊａｔｈａ  Ｓ，  Ｋｕｍａｒ  ＳＳＣ，  Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ，  Ｎ．  ＰＡＬＩ，  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．  ２００１；  ２９：  ６１−６５．）
【非特許文献９】（Ｐａｒｋ  ＪＨ，  Ｒｙｕ  ＳＹ，  Ｋｉｍ  ＣＬ，  Ｐａｒｋ  ＩＫＪ．，  Ｇｅｎｏｍｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ  ２００１；１２：  ３５０−３５１；  ａｎｄ  Ｈａｄｌｅｙ  Ｃ，  Ｊｏｎｅｓ  ＤＴ．  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  １９９９；  ７（９）：１０９９−１１２．）
【非特許文献１０】Ｇｏｖｉｎｄａｒａｊａｎ  Ｓ、  Ｒｅｃａｂａｒｒｅｎ  Ｒ、  Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ  ＲＡ，  Ｐｒｏｔｅｉｎｓ．  １９９９；３５（４）：  ４０８−４１４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
要するに、これらの従来の方法では、蛋白質の折り畳み及び立体構造を、満足に描写することができない。従って、蛋白質のあらゆる可能な折り畳み種類を描写できる方法が、確かに必要とされている。それと同時に、異なる蛋白質の折り畳み或いは同じ蛋白質の異なる立体構造を比較するために、新たなアルゴリズムも必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、蛋白質及びそのセグメントの立体構造の分析、予測及び描写に関して、一つの完全な体系、方法、アルゴリズム及び応用を提供する。本発明の体系及び方法は、パソコン及びいかなる当該方法をも実行できる器械により表現できる。体系及び方法は、一つの或いは複数の蛋白質セグメント、一つの或いは複数の完全な蛋白質、一対或いは複数対の蛋白質の比較、及び理論予測或いは実験テストの蛋白質を含む。従って、本発明のアルゴリズムは、如何なるパソコン及びパソコンチップにも応用でき、関係する蛋白質及びそのセグメントの立体構造の分析、予測及び描写を実行する。
【００１７】
通常、蛋白質序列の公認表術は、Ｎ−末端からＣ−末端までである。しかし、本発明のアルゴリズムは、Ｃ−末端からＮ−末端までに対しても、蛋白質序列を描写できる。
【００１８】
具体的に言うと、本発明の方法には五つの重要なステップが有る。当該五つのステップとは、以下の通りである。ステップＡ：蛋白質において、連続した五つのアミノ酸を、一つの基本ユニットとする。ここでは、各アミノ酸のα−炭素原子のみを考慮する。ステップＢ：各基本ユニット中の第１の二面角を計算する。当該二面角は、第１、第２及び第３のアミノ酸が決めた第１の平面と、第２、第３及び第４のアミノ酸が決めた第２の平面との夾角である。当該二面角角度の大きさは、必ずａ１、ａ２或いはａ３が確定した角度範囲に属する。ステップＣ：各基本ユニット中の第２の二面角を計算する。当該二面角は、第２、第３及び第４のアミノ酸が決めた第１の平面と第３、第４及び第５のアミノ酸が決めた第２の平面との夾角である。当該二面角角度の大きさは、必ずｂ１、ｂ２或いはｂ３が確定した角度範囲に属する。ステップＤ：第１及び第５のアミノ酸の間で決めた伸張距離を計算する。当該伸張距離の大きさは、必ずｃ１、ｃ２或いはｃ３が確定した距離範囲に属する。ステップＥ：ステップＢ、ステップＣ及びステップＤで取得された数値に基づき、描写すべき連続した五つのアミノ酸における基本ユニットのベクトルを確定する。
【００１９】
本発明の実質は、蛋白質折り畳みコ−ド（Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｆｏｌｄｉｎｇ  Ｓｈａｐｅ  Ｃｏｄｅ：ＰＦＳＣ）アルゴリズムにより推計された関連ステップを、連続して実行することである。本発明の一つの顕著な特徴は、連続した二つの五個連続アミノ酸の基本ユニットが、四つのアミノ酸で互いに重なり合っていることである。従って、本発明の運算規則は、連続した五つのアミノ酸の基本ユニット毎に順次計算を行い、蛋白質の立体構造を取得する。注意すべきところは、二つの隣接した五個連続アミノ酸の基本ユニット毎に、一つの平面が共有されるところである。第１基本ユニットの第２平面と第２基本ユニットの第１平面とは、共平面である。
【００２０】
本発明のアルゴリズム及び応用では、連続した五つのアミノ酸中の第３アミノ酸の炭素原子が各基本ユニットの中心にあることを考慮したため、各基本ユニットのファンクション性質が当該中心炭素原子に配分される。本発明のアルゴリズム及び応用では、中間アミノ酸が五つ連続したアミノ酸の基本ユニットを代表するため、第１のα−炭素原子は（ｎ−２）と標記され、第２のα−炭素原子は（ｎ−１）と標記され、第３のα−炭素原子は（ｎ）と標記され、第４のα−炭素原子は（ｎ＋１）と標記され、第５のα−炭素原子は（ｎ＋２）と標記される。
【００２１】
本発明のアルゴリズムの特徴に基づき、本発明の方法は、連続した五つのアミノ酸の基本ユニット毎に順次評価分析及び描写を行う。具体的には、連続したアミノ酸の基本ユニットを五つずつ順次定義することは、当該方法のステップＦである。第２の基本ユニットを定義することは、前の１ステップを繰り返すことである。第２の基本ユニット中の第１のアミノ酸の実質は、第１の基本ユニット中の第２のアミノ酸であり、第２の基本ユニット中の第２のアミノ酸の実質は、第１の基本ユニット中の第３のアミノ酸であり、第２の基本ユニット中の第３のアミノ酸の実質は、第１の基本ユニット中の第４のアミノ酸であり、第２の基本ユニット中の第４のアミノ酸の実質は、第１の基本ユニット中の第５のアミノ酸であり、第２の基本ユニット中の第２のアミノ酸の実質は、一位前に移動したアミノ酸である。類似の他の前のステップを使って、各アミノ酸のα−炭素原子を計算する。
【００２２】
そして、本発明のステップＧである。その実質は、ステップＢを繰り返すことにより、二つ目の五つ連続したアミノ酸の基本ユニットの第１の二面角を計算することである。当該二面角は、第２の基本ユニットの第１、第２及び第３のアミノ酸が決めた第１の平面と第２、第３及び第４のアミノ酸が決めた第２の平面との夾角である。当該二面角の角度の大きさは、必ずａ１、ａ２或いはａ３が確定した角度の範囲に属する。そして、ステップＨである。その実質は、ステップＣを繰り返すことにより、二つ目の連続した五つのアミノ酸の基本ユニットの第２の二面角を計算することである。当該二面角は、第２の基本ユニットの第２、第３及び第４のアミノ酸が決めた第１の平面と、第３、第４及び第５のアミノ酸が決めた第２の平面との夾角である。当該二面角の角度の大きさは、必ずｂ１、ｂ２或いはｂ３が確定した角度の範囲に属する。そして、ステップＩ、その実質は、ステップＤを繰り返すことにより、第２の基本ユニットの第１及び第５のアミノ酸の間で確定された伸展距離を計算することである。当該伸張距離の大きさは、必ずｃ１、ｃ２或いはｃ３が確定した距離範囲に属する。そして、ステップＪ、その実質は、ステップＥを繰り返し、ステップＧ、ステップＨ及びステップＩにより取得された数値に基づいて、二つ目の描写すべき五つ連続したアミノ酸の基本ユニットのベクトルを確定することである。
【００２３】
本発明の方法及び体系は、蛋白質全体に運用できる。従って、ステップＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥを繰り返し続けることにより、各隣接した基本ユニットを互いに重なり合わせることができ、更に蛋白質の構造形成を描写する一組のベクトルを取得する。ステップＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥを繰り返し運用することにより、蛋白質の構造が完全に描写される。
【００２４】
本発明の方法及びアルゴリズムは、一組のベクトルを使って蛋白質のあらゆる可能な立体構造を描写する。蛋白質の構造が実在であろうと理論的に計算されたものであろうと、本方法により描写可能である。本発明において言及された蛋白質の立体構造とは、蛋白質の３Ｄ構造のことである。
【００２５】
本発明の方法は、連続した基本ユニットを使って蛋白質を描写し、一組のベクトルを取得し、蛋白質の構造形成を表現する。
【００２６】
本発明の一つのはっきりとした考えは、二つの二面角の範囲の重なり性及び排他性をどうのように定義するかということである。例えば、第１の二面角の範囲の第１区域は０°から１３０°までであり、第２区域は＋１３０°から−１３０°までであり、第３区域は−１３０°から０°までである。他の考えでは、第１区域は０°から１３０°までであり、第２区域は＋１３０°から−１３０°までであり、第３区域は−１３０°から０°までである。第２の二面角の範囲の第１区域は０°から１３０°までであり、第２区域は＋１３０°から−１３０°までであり、第３区域は−１３０°から０°までである。他の考えでは、第１区域は０°から１３０°までであり、第２区域は＋１３０°から−１３０°までであり、第３区域は−１３０°から０°までである。
【００２７】
本発明は、伸展距離の範囲の三つの区域の定義に対しても考えが有る。例えば、第１区域はゼロから７．０Åまでであり、第２区域は７．０Åから１７．０Åまでであり、第３区域は１７．０Å以上である。他の考えでは、第１区域はゼロから５．５Åまでであり、第２区域は５．５Åから１４．０Åまでであり、第３区域は１４．０Å以上である。本発明の方法及びアルゴリズムは、既知のデ−タベ−スの計算により、二つの二面角と伸展距離との区域範囲を分割する。
【００２８】
本発明の方法及びアルゴリズムに基づき、蛋白質の基本重なり構造の形成は、本発明の二十七個のＰＦＳＣベクトルの中の一つを使って描写できる。図６のモデルによると、ベクトルＤの三つの成分はａ１、ｂ１及びｃ１であり、ベクトルＡの三つの成分はａ１、ｂ１及びｃ２であり、ベクトルＨの三つの成分はａ１、ｂ１及びｃ３であり、ベクトルＷの三つの成分はａ１、ｂ２及びｃ１であり、ベクトルＶの三つの成分はａ１、ｂ２及びｃ２であり、ベクトルＵの三つの成分はａ１、ｂ２及びｃ３であり、ベクトルＺの三つの成分はａ１、ｂ３及びｃ１であり、ベクトルＹの三つの成分はａ１、ｂ３及びｃ２であり、ベクトルＸの三つの成分はａ１、ｂ３及びｃ３であり、ベクトルＫの三つの成分はａ２、ｂ１及びｃ１であり、ベクトルＪの三つの成分はａ２、ｂ１及びｃ２であり、ベクトルＩの三つの成分はａ２、ｂ１及びｃ３であり、ベクトルＧの三つの成分はａ２、ｂ２及びｃ１であり、ベクトルＢの三つの成分はａ２、ｂ２及びｃ２であり、ベクトルＥの三つの成分はａ２、ｂ２及びｃ３であり、ベクトルＴの三つの成分はａ２、ｂ３及びｃ１であり、ベクトルＳの三つの成分はａ２、ｂ３及びｃ２であり、ベクトルＲの三つの成分はａ２、ｂ３及びｃ３であり、ベクトルＱの三つの成分はａ３、ｂ１及びｃ１であり、ベクトルＰの三つの成分はａ３、ｂ１及びｃ２であり、ベクトルＯの三つの成分はａ３、ｂ１及びｃ３であり、ベクトルＮの三つの成分はａ３、ｂ２及びｃ１であり、ベクトルＭの三つの成分はａ３、ｂ２及びｃ２であり、ベクトルＬの三つの成分はａ３、ｂ２及びｃ３であり、ベクトル＄の三つの成分はａ３、ｂ３及びｃ１であり、ベクトルＣの三つの成分はａ３、ｂ３及びｃ２であり、ベクトルＦの三つの成分はａ３、ｂ３及びｃ３である。
【００２９】
本発明の方法及びアルゴリズムの各ステップは、コンピュ−タシステムを使って蛋白質の構造形成を描写できる。例えば、ステップＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥは、様々なデ−タベ−スを処理可能である。本発明は、本アルゴリズムに必要なパラメ−タを充分提供可能な如何なるデ−タベ−スにも接続できる。これらのデ−タベ−スは、全世界に公開されている共同所有蛋白質デ−タベ−ス及び専有蛋白質デ−タベ−スを含む。
【００３０】
本発明の方法及びアルゴリズムに関するステップＡ、Ｂ、Ｃ、及びＥは、固定フォ−ムを提供可能であり、デジタル作業体系を用いる、或いはメディアに保存される。例えば、本発明の方法及びアルゴリズムの各ステップは、関係するデ−タを全体に或いはそれぞれに、コンピュ−タで処理及び保存できる。具体的には、本発明の方法及びアルゴリズムの応用は、コンピュ−タモデルを通じて表示可能である。更に、本発明の方法及びアルゴリズムの各ステップは、インタ−ネット或いはウェブを通じて実行できる。
【００３１】
本発明の方法、アルゴリズム及び計算体系のもう一つの特徴は、蛋白質アミノ酸序列により描写される折り畳みの形を一つ提供することである。顕著な特徴は、ステップＡでは描写する蛋白質が基本ユニットに分割され、各基本ユニットが連続した五つのアミノ酸により構成され、各アミノ酸が一つのα−炭素原子により構成されることである。ステップＢでは、第１の二面角を計算し、第１の二面角は連続した五つのアミノ酸の基本ユニットの最初の四つのα−炭素原子が決めた二つの平面により確定される。当該二面角の角度の大きさは、必ずａ１、ａ２或いはａ３が確定した角度範囲に属する。ステップＣでは、第２の二面角を計算し、第２の二面角は連続した五つのアミノ酸の基本ユニットの最後の四つのα−炭素原子が決めた二つの平面により確定される。当該二面角の角度の大きさは、必ずｂ１、ｂ２或いはｂ３が確定した角度範囲に属する。ステップＣでは、第１α−炭素原子と第５α−炭素原子との間の伸展距離を計算し、当該伸展距離は、必ずｃ１、ｃ２或いはｃ３が確定した距離範囲に属する。ステップＣでは、ステップＢ、Ｃ及びＤにより計算された数値に基づいて、当該連続した五つのアミノ酸のベクトルを定義する。
【００３２】
本発明の方法を繰り返し利用すれば、二つ目、三つ目及びそれ以降の各基本ユニットも取得可能であり、更に蛋白質全体を描写する一組のベクトルを取得できる。如何なる蛋白質或いは蛋白質セグメントも、これらのベクトルを利用して描写可能である。本発明のアルゴリズムは、一組のベクトルを使って描写すべき蛋白質の構造形成を確定する。
【００３３】
本発明の一つのはっきりとした考えは、二つの二面角の範囲の重なり性及び排他性をどうのように定義するかということである。例えば、第１の二面角の範囲の第１区域は０°から１３０°までであり、第２区域は＋１３０°から−１３０°までであり、第３区域は−１３０°から０°までである。他の考えでは、第１区域は０°から１３０°までであり、第２区域は＋１３０°から−１３０°までであり、第３区域は−１３０°から０°までである。第２の二面角の範囲の第１区域は０°から１３０°までであり、第２区域は＋１３０°から−１３０°までであり、第３区域は−１３０°から０°までである。他の考えでは、第１区域は０°から１３０°までであり、第２区域は＋１３０°から−１３０°までであり、第３区域は−１３０°から０°までである。
【００３４】
本発明は、伸展距離の範囲の三つの区域の定義に対しても考えが有る。例えば、第１区域はゼロから７．０Åまでであり、第２区域は７．０Åから１７．０Åまでであり、第３区域は１７．０Å以上である。他の考えでは、第１区域はゼロから５．５Åまでであり、第２区域は５．５Åから１４．０Åまでであり、第３区域は１４．０Å以上である。本発明の方法及びアルゴリズムは、既知のデ−タベ−スの計算により、二つの二面角と伸展距離の区域範囲とを分割する。
【００３５】
本発明の方法、アルゴリズム及び体系は、コンピュ−タ方法を使って蛋白質の折り畳みの構造形成を描写することを含む。コンピュ−タ方法は、以下のステップから組成される。（１）描写すべき蛋白質或いはそのセグメントを選ぶ。（２）蛋白質或いはそのセグメントの３Ｄ構造のパラメ−タを、デ−タベ−スからコンピュ−タに入力する。（３）蛋白質或いはそのセグメントを、五つのアミノ酸が組成する基本ユニット毎に分割する。（４）アミノ酸の順番により、各基本ユニットの五つのα−炭素原子、すなわち第１α−炭素原子、第２α−炭素原子、第３α−炭素原子、第４α−炭素原子及び第５α−炭素原子を確定する。（５）コンピュ−タは、運算規則に従い、二つの関連する二面角及び伸展距離を計算する。ここで、第１二面角は、第１の平面と第２の平面とが決めた平面の夾角である。第１の平面は、第１、第２及び第３α−炭素原子が決める。第２の平面は、第２、第３及び第４α−炭素原子が決める。ここで、第２二面角は、第２の平面と第３の平面とが決めた平面の夾角である。第２の平面は、第２、第３及び第４α−炭素原子が決める。第３の平面は、第３、第４及び第５α−炭素原子が決める。ここで、伸展距離は、第１及び第５α−炭素原子の距離で決める。（６）コンピュ−タにより、運算規則に従い、二つの関連する二面角及び伸展距離の所属範囲を確定する。第１二面角は、必ずａ１、ａ２及びａ３の三つの区域の中の一つに属する。第２二面角は、必ずｂ１、ｂ２及びｂ３の三つの区域の中の一つに属する。（７）コンピュ−タにより、運算分配規則に基づいて、基本ユニットの実際の値ａ、ｂ及びｃに基づき、その所属するベクトルを決める。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の方法、アルゴリズム及び体系は、二つ及び多数の蛋白質或いはそのセグメントを比較するための新方法を提供する。当該蛋白質の構造比較方法は、蛋白質の構造特徴を明らかに示すことが出来る。
【００３７】
本発明の蛋白質の構造比較方法は、非常に類似する構造を持つ二つの蛋白質を区別可能であり、蛋白質の実際構造と理論予測構造とを比較できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】五つのα−炭素原子からなるＮ−末端からＣ−末端までの基本ユニットの典型例を示す図である。
【図２】本発明の基本ユニットにおける二つの二面角を示す図である。
【図３】本発明の基本ユニットにおける伸展距離を示す図である。
【図４】本発明の基本ユニットにおける二つの二面角及び伸展距離の分割を示す図である。
【図５】本発明における二十七個のＰＦＳＣベクトルを示す図である。
【図６】本発明における二十七個のＰＦＳＣベクトルの相互関係を示す図である。
【図７】本発明のＰＦＳＣベクトル及びＰＤＢによる二次構造認定を比較する図である。
【図８】２０個の大腸桿菌（Ｅ．  ｃｏｌｉ）グルタレドキシン（１ＥＧＯ）の酸化状態における立体異性体の３Ｄ構造の重なりを示す図である。
【図９】二十七個のＰＦＳＣのＳＡＬＩＧＮ基準デ−タベ−スのテストにおける出現頻度を示す図である。
【図１０】蛋白質１ＤＯＩのＡＰＳＣ結果を示す図である。
【図１１】１ＤＯＩの蛋白質構造のスクリ−ンショットである。
【図１２】老人性痴呆症を引き起こすアミロイド蛋白（１−４２）ポリペプチドの立体異性体の重なりを示す図である。
【図１３】蛋白質１ｚ０ｑの３０個の立体異性体のＵＰＦＳＭを示す図である。
【図１４】蛋白質１iｙｔの３０個の立体異性体のＵＰＦＳＭを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態を、図を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００４０】
＜本発明の詳細解釈＞
蛋白質構造の測定及び予測に関する各種の方法は、主に、蛋白質及びそのセグメントの折り畳みの組み合わせ構造の形成を理解することに集中している。各種の方法が互いに関連するが、これらの方法は五つの面に分けられる。（１）熱力学表現、エネルギ−計算、動力学模擬計算及び他の類似な方法に関わる。（２）構造の幾何構造形成表現、Ｘ線結晶構造解析、核磁気共鳴及び他の類似な方法を通じて測定する。（３）構造の幾何構造形成予測、アミノ酸序列の同系物特徴を通じて、類似な既知或いは未知の蛋白質構造を予測する。（４）幾何表現方法を通じて、蛋白質の構造を分析及び比較する。（５）デ−タベ−ス及び関連する算法を通じて、蛋白質構造と生物化学機能との関係を分析し、研究する。
【００４１】
本発明の蛋白質折り畳みの形のコ−ド（ＰＦＳＣ）の方法及びアルゴリズムは、上述した各種の方法に関わる。更に重要なことは当該新方法及びアルゴリズムが蛋白質或いはそのセグメントのアミノ酸序列の幾何分析及び描写に重視していることである。
【００４２】
ＰＦＳＣ方法及びアルゴリズムのもう一つの優位を占めるところは、蛋白質以外の体系にも応用できるというところである。ここで提出された方法及びアルゴリズムは、他の生物分子、例えば、核酸、炭水化物及び糖蛋白質分子の３Ｄ折り畳み構造の描写予測にも応用できる。本発明のメリットは、その方法が多数の有機分子を描写するツ−ルとして適用可能であることである。
【００４３】
本発明は、主に、各種の薬物設計及び薬物開発に関する生物分子及び他の有機分子に応用される。それらの分子が、リガントとして、蛋白質の相応の立体空間と結合する。
【００４４】
本発明の方法、体系及びアルゴリズムは、蛋白質の二次及び三次構造における形状及び折り畳み構造を含む立体構造の視点を分析及び記述する。本発明の方法及び体系は、二十七個のベクトルを提供して、蛋白質の形状を描写する。当該二十七個のベクトルが、蛋白質折り畳みの形のコ−ド（Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｆｏｌｄｉｎｇ  Ｓｈａｐｅ  Ｃｏｄｅ：以下、ＰＦＳＣと記す）である。本発明の方法は、ＰＦＳＣ方法と名付けられ、本発明の体系は、ＰＦＳＣ体系と名付けられ、その運算規則により設計されたコンピュ−タソフトウェアプログラム及びアルゴリズムは、ＰＦＳＣ運算プログラム及びＰＦＳＣアルゴリズムと名付けられる。
【００４５】
本発明の方法に基づいて、二十七個のＰＦＳＣベクトルは、連続した五つのα−炭素原子毎の可能な折り畳み形状に対して、完全な描写を提供できる。いかなる蛋白質に対しても、既知のα−炭素原子の直交座標さえ提供されれば、ＰＦＳＣ運算プログラムが相応のＰＦＳＣを形成し、当該蛋白質の折り畳み構造の形成を描写する。
【００４６】
従来の各種の方法と比べれば、本発明の方法、体系及びアルゴリズムは、蛋白質の折り畳み構造の形成に対する描写を大いに改善した。一点目、二十七個のＰＦＳＣベクトルは、一つの封鎖空間に対する厳格数学論証により導き出された結論であるため、二十七個のＰＦＳＣベクトルが、あらゆる可能な折り畳みパタンを有し、且つ、蛋白質の折り畳み構造形成に対する描写を隙間く提供できる。本発明の方法、体系及びアルゴリズムは、蛋白質主鎖α−炭素原子の折り畳み構造の形成を隙間なく描写する方法を提供する。
【００４７】
二点目、二十七個のＰＦＳＣベクトルは、連続した五つのα−炭素原子の可能な折り畳み図形パタンを表す。各ＰＦＳＣパタンは、折り畳み形状図形のみではなく、Ｎ−末端とＣ−末端とにそれぞれ独特な折り畳み特徴を有する数学ベクトルでもある。本発明の二十七個のＰＦＳＣベクトルは、蛋白質構造の認定に対して有意義な描写を提供できる。
【００４８】
三点目、本発明の方法、体系及びアルゴリズムにおける二十七個のＰＦＳＣベクトルは、一組の互いに孤立する折り畳み図形ではなく、一組の互いに関連する折り畳み図形である。これらのＰＦＳＣベクトルは、空間の中で重なり合い且つある一定のベクトル特徴を共有する。従って、本発明の方法、体系及びアルゴリズムは、隣接したベクトルを利用して、蛋白質の３Ｄ折り畳み構造の緩やかな変化及び急激な変化を、分析及び描写することができる。それは、蛋白質或いはそのセグメントの３Ｄ構造変化に対して、一つの有意義な解釈を提供する。
【００４９】
四点目、本発明の方法、体系及びアルゴリズムは、蛋白質及びそのセグメント構造形成の分析に応用できる。本発明は、異なる蛋白質の類似あるいは非類似を描写することに適用可能であり、同じ蛋白質の類似性あるいは非類似性を描写することにも適用可能である。従来の方法は、３Ｄ構造の繰り返し及び平均二乗根偏差（ｒｍｓｄ）を使い、蛋白質の測量を行うが、本発明の方法及びアルゴリズムは、非常に有用な補充ツ−ルを提供し、局部の折り畳み構造の詳細な分析を含む蛋白質の構造形成の分析を行う。
【００５０】
五点目、本発明の方法、体系及びアルゴリズムは、蛋白質の複雑な３Ｄ構造を一次元のＰＦＳＣベクトルによる表現に簡易化することが出来る。ＰＦＳＣ方法は、蛋白質の主鎖の折り畳み形状に従い、数学ベクトル描写を提出し、コンピュ−タ及びデ−タベ−ス技術を充分に利用して、蛋白質の折り畳み構造を詳しく描写することが出来る。
【００５１】
六点目、本発明の方法は、蛋白質の主鎖の折り畳み形状に対して、一つの完全且つ確かな描写を提供する。ＰＦＳＣアルゴリズム及び方法は、蛋白質の局部及び全体の描写に対して、精確且つ鋭敏な特徴を有し、実際に蛋白質に対して、その３Ｄ折り畳み構造を鑑定できる指紋を提供する。
【００５２】
七点目、本発明のＰＦＳＣ方法及びアルゴリズムは、各種の病を引き起こす蛋白質の錯誤折り畳みの分析に応用できる。ＰＦＳＣが更に形成した蛋白質折り畳み形状通用統計映像（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｆｏｌｄｉｎｇ  Ｓｈａｐｅ  Ｍａｐ：以下、ＵＰＦＳＭと記す）は、蛋白質Ｘ線結晶構造解析及び核磁気共鳴分光デ−タに関する蛋白質の折り畳み及び錯誤折り畳みを解釈可能である。ＵＰＦＳＭは、先ず異なる実験により取得された蛋白質の複雑な３Ｄ構造デ−タを、一次元のアルファベットストリングでアラインメントし、二次元の統計映像と比較する。ＵＰＦＳＭの利用により、錯誤折り畳みセグメントの区域及び類型が精確に明らかにされると共に、対応する実験条件に関連づけることが可能となる。
【００５３】
八点目、本発明の方法、体系及びアルゴリズムは、折り畳みにより引き起こされた活性の有るアミノ酸蛋白質を確定及び明らかにすることが出来る。ＰＦＳＣベクトルを取得可能な蛋白質表面コ−ド序列でアラインメントすることにより、蛋白質の主鎖α−炭素原子に基づき、潜在的な活性の有るアミノ酸が予測可能となる。
【００５４】
九点目、あらゆる蛋白質の既知３Ｄ構造が、本発明により、一次元ＰＦＳＣに変換され、且つ、新たなＰＦＳＣデ−タベ−スを形成する。更に、本発明の方法、体系及びアルゴリズムにより、もう一つのデ−タベ−スを構築して、任意の五つのアミノ酸の序列とその折り畳み構造との関係を、分析及び表現することができる。
【００５５】
＜連続した五つのアミノ酸におけるα−炭素原子の二十七個のＰＦＳＣベクトルによる表現＞
従来、連続した五つのアミノ酸におけるα−炭素原子の３Ｄ構造は、ｘ、ｙ、ｚの直交座標で表される。従って、一組の連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子を表現するためには、１５個のベクトルが必要とされる。ＰＦＳＣ方法による本発明の方法、体系及びアルゴリズムは、連続した五つのアミノ酸におけるα−炭素原子の３Ｄ折り畳み構造を描写し、全体の空間分割を通じて二十七個のＰＦＳＣベクトルから選択されたベクトルを取得するために、有効な作用を持つベクトルの成分に注目して、斬新、簡易且つ有効な座標変換を提供する。
【００５６】
ＰＦＳＣベクトルを決定するために、連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子が選択されたをことには、二つの肝心な要素がある。先ず、蛋白質の典型的な二次構造は、個数の確定したアミノ酸により形成された重複構造形成ユニットからなる。各二次構造における重複構造形成のユニットは、一定個数のアミノ酸が含まれる。これらの二次構造或いは曲がりユニットの個数は、既知である。例えば、β−折り畳み片は二つのα−炭素原子を含み、右旋或いは左旋α−螺旋は３．６個のα−炭素原子を含み、２．２７螺旋は二つのα−炭素原子を含み、３１０螺旋は三つのα−炭素原子を含み、δ−螺旋は４．３個のα−炭素原子を含み、π−螺旋は４．４個のα−炭素原子を含み、γ−螺旋は５．１個のα−炭素原子を含む。ＰＦＳＣの基本ユニットベクトルの長さは、少なくとも二次構造の重複構造形成ユニットに跨る。そして、連続した五つのα−炭素原子のアミノ酸セグメントは、二つの互いに重なる二面角を含む。当該二つの二面角は、重複する或いは断続的な折り畳みパタンを充分に記述可能である。また、連続した五つのα−炭素原子のアミノ酸セグメントは、簡単な特徴及び数少ない変数により、連続する形状を描写できる。従って、本発明の方法、体系及びアルゴリズムは、連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子を基本ユニットとし、可能な折り畳み形状構造形成を評価する。蛋白質の折り畳み形状及び構造形成特徴については、連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子を基本ユニットとすることにより、適切な精度の描写及び予測が提供される。
【００５７】
＜ＰＦＳＣの形状特徴＞
蛋白質及びそのセグメントの構造形成を描写するために、本発明のＰＦＳＣ方法、体系及びアルゴリズムは、幾何学、形態学及び位相幾何学を利用して各種の可能な形状を描写する。ＰＦＳＣ方法は、広さ、唯一性、安定性、敏感度、有効性、拡大尺度及び局部解読を強調することにより、図形描写の規準を満たす。従って、ＰＦＳＣ方法、体系及びアルゴリズムは、有規則セグメント及び無規則曲がり部分を含む蛋白質の二次及び三次構造の分析には非常に有効である。その他、本発明のＰＦＳＣ方法、体系及びアルゴリズムは、豊かな及び価値の有る情報を提供可能であり、可能な蛋白質折り畳み構造を総合的に描写する。
【００５８】
本発明の方法及び体系では、二十七個のＰＦＳＣベクトルが、厳格な数学推計を通じて、一つの封鎖空間から導き出される。二十七個のＰＦＳＣベクトルの何れかは、連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子における可能な折り畳み形状パタンを代表する。これら二十七個のＰＦＳＣベクトルを、二十六個の大文字アルファベット及び“＄”で表示する。各ベクトルは、特定のＮ−末端からＣ−末端までのベクトルを表す。
【００５９】
＜蛋白質の構造及びその形状＞
一つの完全に封鎖された３Ｄ空間における折り畳み構造或いは形状を通じて、蛋白質或いはそのセグメントを描写することには、たくさんの優位が有る。物体の客観的な形状は、その幾何情報を具体的に表し、その空間における位置、測量尺度及び回転は、当該客観的な形状には影響を及ぼさず、形状の描写のためにはこれらの要素について考慮する必要は無い（Ｋｅｎｄａｌｌ，  ＤＧ，  Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ，  １９７７，  ９：  ４２８−４３０）。幾何物体の客観的な形状の情報は、ユ−クリッド空間回転に対しては不変である（Ｉｙｅｒ  Ｎ，  Ｊａｙａｎｔｉ  Ｓ，  Ｌｏｕ  ＫＹ，  Ｋａｌｙａｎａｒａｍａｎ  Ｙ，  Ｒａｍａｎｉ  Ｋ．，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＴＭＣＥ  ２００４，  Ａｐｒｉｌ  １２−１６，  ２００４，  Ｌａｕｓａｎｎｅ，  Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，  Ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｈｏｒｖａｔｈ  ａｎｄ  Ｘｉｒｏｕｃｈａｋｉｓ，  ＠  ２００４  Ｍｉｌｌｐｒｅｓｓ，  Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ）。
【００６０】
物体の客観的な形状は変数Ｓｉにより表示可能であり、当該変数は形状属性を表示する集合である。
【数１】
2010517195.tif 000003
ここで、（ａｉｎ）は、ｉ番目の形状対象に対する属性成分である。
【００６１】
二つの物体の客観的形状Ｓｉ及びＳｊの類似性は、以下の関係式で表される。
【数２】
2010517195.tif 000004
ここで、ｄｉ及びｄｊは蛋白質の座標を表し、記号“〜”は二つの形状属性間の比較運算を表す。この類似性は、各成分の属性を比較することにより取得された集合となる。更に、一つの形状は異なる視点で表現することが出来る。この異なる視点は、幾何学的視点、形態学的視点及び位相幾何学的視点を含む。
【００６２】
蛋白質のデ−タベ−スから取得された３Ｄ座標は、既に蛋白質の一つの空間における完全且つ精確な幾何情報を含んでいる。これらの幾何情報は一組の点Ｐｊの集合ＳＧである。
【数３】
2010517195.tif 000005
ここで、幾何情報
【数４】
2010517195.tif 000006
は、形状の物理的延長を形成し、ｊは、原子の標記である。しかし、原子の座標は、蛋白質の折り畳み構造を直接描写することが出来ない。
【００６３】
蛋白質の折り畳み構造及び形状特徴を更に表現するために、ここでは形態学の方法を利用して、蛋白質の類似する曲がりセグメントを考慮する。形態学では、蛋白質形状ＳＭは、集合｛Ｚｋ｝であり、点Ｐｊに対する部分集合Ｚｋからなる。即ち、
【数５】
2010517195.tif 000007
ここで、ｋは一族集合の標記であり、ｊは原子の標記である。
【００６４】
二次構造セグメントに基づき、多くの方法が蛋白質構造の類似性を研究し、これらの方法は実際には形態学方法を利用して蛋白質の折り畳み構造を描写する（Ｈｏｌｍ  Ｌ，  Ｓａｎｄｅｒ  Ｃ，  Ｊ．  Ｍｏｌ．  Ｂｉｏｌ．，  １９９３ａ；２３３：  １２３−１３８；  Ｇｅｒｓｔｅｉｎ  Ｍ，  Ｌｅｖｉｔｔ，  Ｍ，  Ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  Ｆｏｕｒｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｃｏｎｆ．  ｏｎ  Ｉｎｔｅｌｌ．  Ｓｙｓ．  ｆｏｒ  Ｍｏｌ．  Ｂｉｏｌ．  Ｍｅｎｌｏ  Ｐａｒｋ，  ＣＡ：ＡＡＡＩ  Ｐｒｅｓｓ．  １９９６．  ｐ  ５９−６７；  Ｇｉｂｒａｔ  ＪＦ，  Ｍａｄｅｌ  Ｔ，  Ｂｒｙａｎｔ  ＳＨ，  Ｃｕｒｒ．  Ｏｐｉｎ．  Ｓｔｒｕｃｔ．  Ｂｉｏｌ．  １９９６；  ６：３７７−３８５；  Ｓｉｎｇｈ  ＡＰ，  Ｂｒｕｔｌａｇ  ＤＬ，  Ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  Ｆｉｆｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｃｏｎｆ．  ｏｎ  Ｉｎｔｅｌｌ．  Ｓｙｓ．  ｆｏｒ  Ｍｏｌ．  Ｂｉｏｌ．  Ｍｅｎｌｏ  Ｐａｒｋ，  ＣＡ：  ＡＡＡＩ  Ｐｒｅｓｓ．  １９９７．  ｐ  ２８４−２９３；  Ｓｉｎｇｈ  Ａ，  Ｂｒｕｔｌａｇ  Ｄ，  ｈｔｔｐ：／／ｇｅｎｅ．ｓｔａｎｆｏｒｄ．ｅｄｕ／３ｄＳｅａｒｃｈ；  Ｓｈｉｎｄｙａｌｏｖ  ＩＮ，  Ｂｏｕｒｎｅ  ＰＥ．  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｅｎｇ．  １９９８；１１（９）：７３９−４７；  Ｋｒｉｓｓｉｎｅｌ  Ｅ，  Ｈｅｎｒｉｃｋ  Ｋ，  Ａｃｔａ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒ  Ｄ  Ｂｉｏｌ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒ．  ２００４；６０（Ｐｔ  １２  Ｐｔ  １）：２２５６−２２６８；  Ｂａｌａｊｉ  Ｓ，  Ｓｕｊａｔｈａ  Ｓ，  Ｋｕｍａｒ  ＳＳＣ，  Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ，  Ｎ，  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．  ２００１；２９：６１−６５；  Ｐａｒｋ  ＪＨ，  Ｒｙｕ  ＳＹ，  Ｋｉｍ  ＣＬ，  Ｐａｒｋ  ＩＫＪ，  Ｇｅｎｏｍｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ  ２００１；１２：３５０−３５１；  Ｈａｄｌｅｙ  Ｃ，  Ｊｏｎｅｓ  ＤＴ，  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．  １９９９；７（９）：１０９９−１１２；  Ｋａｂｓｃｈ  Ｗ，  Ｓａｎｄｅｒ  Ｃ，  Ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒｓ．  １９８３，  ２２：  ２５７７−２６３７；  Ｒｉｄｃｈａｒｄｓ  ＦＭ，  Ｋｕｎｄｒｏｔ  ＣＥ．  Ｐｒｏｔｅｉｎｓ．  １９８８，  ３：７１−８４；  Ｆｒｉｓｈｍａｎ  Ｄ，  Ａｒｇｏｓ  Ｐ，  Ｐｒｏｔｅｉｎｓ．  １９９５，  ２３：  ５６６−５７９；  Ｓｋｌｅｎａｒ  Ｈ，  Ｅｔｃｈｅｂｅｓｔ  Ｃ，  Ｌａｖｅｒ）。
【００６５】
更に、蛋白質主鎖は一つの位相幾何客体対象であるため、蛋白質形状は位相幾何学により表現可能である。従って、蛋白質主鎖がＳＴで表示できる。このＳＴは、各α−炭素原子が他のα−炭素原子と特定の隣接関係を有するというＨａｕｓｄｏｒｆｆ空間である（Ｉｙｅｒ  Ｎ  ｅｔ  ａｌ.）。蛋白質の位相幾何形状ＳＴは、各点
【数６】
2010517195.tif 000008
が
【数７】
2010517195.tif 000009
の同位相幾何の集合であり、即ち、
【数８】
2010517195.tif 000010
ここで、Ｕ（ｔｉ）≧０であり、且つ、それは点ｔｉと隣接関係を有する数量値である。実際には、多くの方法が、位相幾何学方法を利用して蛋白質の構造を描写する（Ｋａｂｓｃｈ，  Ｗ，  Ａｃｔａ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒ．  Ａ  １９７８；３４：８２７−８２８；  Ｈｏｌｍ  Ｌ，  Ｓａｎｄｅｒ  Ｃ，  Ｊ  Ｍｏｌ  Ｂｉｏｌ．  １９９３；５；２３３（１）：１２３−３８；  Ｆｌｏｗｅｒ  ＤＲ，  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｅｎｇ．  １９９８；１１（９）：７２３−７；  Ｍｕｒｚｉｎ，  Ａ．，  Ｃｏｎｔｅ，  Ｌ．  Ｌ．，  Ａｎｄｒｅｅｖａ，  Ａ．，  Ｈｏｗｏｒｔｈ，  Ｄ．，  Ａｉｌｅｙ，  Ｂ．，  Ｂｒｅｎｎｅｒ，  Ｓ．，  Ｈｕｂｂａｒｄ，  Ｔ．，  ａｎｄ  Ｃｈｏｔｈｉａ，  Ｃ，  ｈｔｔｐ：／／ｓｃｏｐ．ｍｒｃ−ｌｍｂ．ｃａｍ．ａｃ．ｕｋ／ｓｃｏｐ／ｉｎｔｒｏ．ｈｔｍｌ；  Ｐｅｄｒｏ  Ａ．  Ｄｅ−Ａｌａｒｃｏ´  ｎ，  Ａｌｂｅｒｔｏ  Ｐａｓｃｕａｌ−Ｍｏｎｔａｎｏ，  Ａｍａｒｎａｔｈ  Ｇｕｐｔａ，  ａｎｄ  Ｊｏｓｅ  Ｍ．  Ｃａｒａｚｏ，  Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ８３  （２），  ２００２，  ６１９−６３２；  Ｌｉｎｄｏｒｆｆ−Ｌａｒｓｅｎ  Ｋ，  Ｖｅｎｄｒｕｓｃｏｌｏ  Ｍ，  Ｐａｃｉ  Ｅ，  Ｄｏｂｓｏｎ  ＣＭ，  Ｎａｔｕｒｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ＆  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，  ２００４：１１，  ４４３  −  ４４９；  Ｓｕｎｙａｅｖ  ＳＲ，  Ｂｏｇｏｐｏｌｓｋｙ  ＧＡ，  Ｏｌｅｙｎｉｋｏｖａ  ＮＶ，  Ｖｌａｓｏｖ  ＰＫ，  Ｆｉｎｋｅｌｓｔｅｉｎ  ＡＶ，  Ｒｏｙｔｂｅｒｇ  ＭＡ，  Ｐｒｏｔｅｉｎｓ，  ２００４：５４，５６９−５８２；  Ｃａｒｕｇｏ  Ｏ，  Ｐｏｎｇｏｒ  Ｓ，  Ｊ．  Ｍｏｌ．  Ｂｉｏｌ．  ２００２；３１５，８８７−８９８；  Ｊｕｎｇ  Ｊ，  Ｌｅｅ  Ｊ，  Ｍｏｏｎ  ＨＴ，  Ｐｒｏｔｅｉｎｓ．  ２００５；５８：３８９−９５。以上の文章はすでに参考文献に入っている）。
【００６６】
総じて、蛋白質の精確な幾何情報、即ちその３Ｄ座標を使用する最も通常の方法が、蛋白質の３Ｄ構造のイメ−ジを表す。幾つかの伝統的な方法は、蛋白質の３Ｄ構造を表現する形態学を利用して、二次構造や類似セグメントを研究し、蛋白質の重複構造を探索する。他の従来の方法は、α−炭素原子の連接関係を利用して、蛋白質の主鎖の各α−炭素原子を取り囲む隣接環境に従い、蛋白質の構造を表現する。上述の方法と比較すれば、本発明のＰＦＳＣ方法、体系及びアルゴリズムは、上述の方法の各長所を最適に整理総合し、斬新且つ簡単な方法を提供すると共に、蛋白質α−炭素原子主鎖に従って、蛋白質の３Ｄ構造形成におけるあらゆる可能な折り畳み形状を描写する。
【００６７】
＜形状の表明に関する数学規準＞
複雑な形状を研究及び比較するためには、良質な形状描写は、多くの研究者により推薦された規準を満足しなければならない。一つの良い形状描写は、尺度、唯一性、安定性、敏感性、有効性、尺度伸縮性及び局部認定の各要素を、同時に考慮しなければならない。本発明のＰＦＳＣ方法による方法、体系及びアルゴリズムは、新たなアルゴリズムを利用し、且つ、数学上ではこれらの規準を満足しつつ、計算時間を短縮する。
【００６８】
範疇：この形状の表現は、あらゆる可能な蛋白質折り畳み形状を描写できなければならない。ＰＦＳＣはあるアルゴリズムを運用し、蛋白質のα−炭素原子主鎖に実際に出現する可能な折り畳み構造の形成をカバ−する描写を提供する。従って、ＰＦＳＣは蛋白質の全ての折り畳み形状に対して、完全な描写を提供する。
【００６９】
唯一性：この形状の表現は、異なるアミノ酸序列を有する二つの蛋白質が同じ表現を持つことがないように、唯一の蛋白質形状の描写を与えなければならない。本発明のＰＦＳＣ方法による方法、体系及びアルゴリズムの目的は、各蛋白質構造に対して、その構造指紋として、唯一の形状コ−ドを提供することである。
【００７０】
安定性：各蛋白質について、この形状表現は、微小な形状の変化に対して安定でなければならず、これにより、当該微小な変化は形状描写において単に微小な変化を反映するのみとなる。本発明のＰＦＳＣ方法による方法、体系及びアルゴリズムは、蛋白質の構造形成の変化に対して、ある程度の偏差を許し、従って、蛋白質構造の類似性を識別することが出来る。
【００７１】
敏感性：この形状の表現は、蛋白質形状の適切な変化を捉えるために、適切な敏感性を有さなければならない。本発明のＰＦＳＣ方法による方法、体系及びアルゴリズムは、類似したアミノ酸序列及び構造から、蛋白質の相異性の詳細を検出すべく設計される。
【００７２】
有効性：この形状の表現は、計算及び分析に対して有効であるべきである。本発明のＰＦＳＣ方法による方法、体系及びアルゴリズムは、簡易化されたアルゴリズムを利用して、あらゆる可能な蛋白質折り畳み形状の構造形成を効果的に計算する。且つ、本発明のＰＦＳＣ方法による方法、体系及びアルゴリズムは、簡単な方法を運用して、蛋白質折り畳み形状を標記及び比較する。
【００７３】
異なる範疇：この形状の表現は、一つの形状を異なる範疇で描写可能であるべきである。先ず、本発明のＰＦＳＣ方法による方法、体系及びアルゴリズムは、結晶構造Ｘ−放射線回折と核磁気共鳴を通じてテストした結果とに一致する二次構造を定義する。そして、本発明のＰＦＳＣ方法による方法、体系及びアルゴリズムは、三次構造におけるあらゆる不規則な回転及び曲がり形状の実際の描写を提供する。最後に、蛋白質及びそのセグメントに対する計算は、同じ蛋白質に対する描写結果であれば、一致する。
【００７４】
局部認定：この形状の表現は、蛋白質の局部構造を描写可能であるべきである。先ず、本発明のＰＦＳＣ方法による方法、体系及びアルゴリズムは、蛋白質全体によらずとも、そのいかなるセグメントをも計算可能である。そして、本発明のＰＦＳＣ方法による方法、体系及びアルゴリズムは、蛋白質の隣接したセグメントにおける互いの影響及び制約を、具体的に分析する手段を提供する。
【００７５】
＜ベクトルの空間変換＞
本発明のモデルに基づき、蛋白質主鎖の折り畳み形状では、連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子が、図１に示されるように、それぞれ一つの基本ユニットになる。
【００７６】
周知のように、アミノ酸は蛋白質の基本構造ユニットである。１つのアミノ酸毎に一つのα−炭素原子があり、当該原子は一つのアミノ基、一つのカルボキシル基、一つの水素原子及び一つの側鎖と連結する。二つのアミノ酸のジペプチドでは、一つ目のアミノ酸のカルボキシル基と二つ目のアミノ酸のアミノ基とが結合して、アミド結合になる。従って、ジペプチドでは、一つ目のアミノ酸がアミノ基のＮ−末端を有し、二つ目のアミノ酸がカルボキシル基のＣ−末端を有する。本発明の方法、体系及びアルゴリズムでは、特に示さない限り、蛋白質のα−炭素原子主鎖はＮ−末端からＣ−末端までである。
【００７７】
本発明の基本ユニットは、蛋白質主鎖のＮ−末端からＣ−末端までの一組の連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子からなる。各基本ユニットの標記は、“ｎ−２”が第１のα−炭素原子であり、“ｎ−１”が第２のα−炭素原子であり、“ｎ”が第３のα−炭素原子であり、“ｎ＋１”が第４のα−炭素原子であり、“ｎ＋２”が第５のα−炭素原子である。
【００７８】
基本ユニットの中心は、三つ目のα−炭素原子である。“ｎ−２”α−炭素原子から“ｎ＋２”α−炭素原子までのベクトルを用いて配列を比較する必要がある時、中央のｎ番目のα−炭素原子を基準として、配列アラインメントを行う。
【００７９】
本発明によれば、隣接したベクトル基本ユニットは、四つのアミノ酸で重なり合う。十個のアミノ酸の蛋白質セグメントを例として、これらのアミノ酸を１〜１０と標記する。第１ベクトルユニットは１〜５アミノ酸からなり、第２ベクトルユニットは２〜６アミノ酸からなり、第３ベクトルユニットは３〜７アミノ酸からなり、第４ベクトルユニットは４〜８アミノ酸からなり、第５ベクトルユニットは５〜９アミノ酸からなり、第６ベクトルユニットは６〜１０アミノ酸からなる。
【００８０】
連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子の形状は、各α−炭素原子の十五次元成分を持つ３Ｄ座標（ｘ,ｙ,ｚ）により決定されるベクトル“ｖ”として定義される。
【数９】
2010517195.tif 000011
【００８１】
ベクトルは座標変換において不変であるため、異なる座標系では、ベクトル成分の大きさは変化しても、ベクトル自身は変化しない。新たな座標系では、連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子のベクトル自身は不変であり、且つ同じ数の成分を保持する。新たな座標系を選ぶのは、連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子の折り畳み形状の特徴を明らかに示すためである。新たな座標系では、連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子のベクトルは、十五次元の独立成分からなる。このうち、三つの成分は当該ベクトルの空間における絶対位置に対応し、二つの成分は当該ベクトルの空間における方向に対応する。四つの成分は当該ベクトルにおける隣接した二つのα−炭素原子間の距離であり、三つの成分は当該ベクトルにおける隣接する三つのα−炭素原子間の角度に対応する。そして、二つの成分は当該ベクトルの二面角であり、四つの成分は当該ベクトルの伸展距離に対応する。新たな座標系において、当該ベクトルは、以下のように表される。
【数１０】
2010517195.tif 000012
【００８２】
新たなベクトルは、直交座標系から以下に示す座標変換を行って得られる。
【数１１】
2010517195.tif 000013
ここで、ｔｉｊは座標変換行列の一つの要素である。座標変換の結果、折り畳み形状を描写する各ベクトルの成分の寄与の重みが、再分配される。形状特徴を重視すれば、ベクトルの空間における絶対位置及び方向は、蛋白質の折り畳み形状に直接な貢献が無い。隣接した二つのα−炭素原子間の距離及び隣接した三つのα−炭素原子間の角度は、比較的安定であり、蛋白質折り畳み形状にも大きな貢献が無い。しかし、十五次元のベクトル成分の中、残りの三つの成分は、蛋白質の折り畳み形状に対して実質的な貢献を有する。当該三つのベクトル成分は、それぞれ、隣接した四つのα−炭素原子が形成した二つの二面角及び二つの終端α−炭素原子が決定した一つの伸展距離である。
【００８３】
図１は、連続した五つのアミノ酸におけるα−炭素原子の（ｎ−２）、（ｎ−１）、ｎ、（ｎ＋１）、（ｎ＋２）の各配置を示している。隣接した四つのα−炭素原子により決定される二つの二面角は、τ（ｎ−２，ｎ−１，ｎ，ｎ＋１）及びτ（ｎ−１，ｎ，ｎ＋１，ｎ＋２）である。二つの二面角の組み合わせにより、連続した五つのアミノ酸におけるα−炭素原子の折り畳みが描写される。
【００８４】
本発明では、二面角は、連続した四つのアミノ酸のα−炭素原子に対して定義される。各二面角は、最初の三つのα−炭素原子の第１平面及び後続する三つのα−炭素原子の第２平面により決定される。従って、連続した五つのアミノ酸におけるα−炭素原子の基本ユニットには、二つの二面角が存在する。第１二面角は第１、第２、第３及び第４α−炭素原子により決定され、第２二面角は第２、第３、第４及び第５α−炭素原子により決定される。
【００８５】
図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）は、基本ユニットにおける二つの二面角を示す図である。図２（Ａ）において、第１平面は、（ｎ−２）、（ｎ−１）、（ｎ）α−炭素原子により確定され、第２平面は、（ｎ−１）、（ｎ）、（ｎ＋１）α−炭素原子により確定される。第１二面角ａは、第１平面及び第２平面間の夾角と定義される。図２（Ｂ）は、二面角ａの側面図である。図２（Ｃ）において、第２平面は、（ｎ−１）、（ｎ）、（ｎ＋１）α−炭素原子により確定され、第２平面は、（ｎ）、（ｎ＋１）、（ｎ＋２）α−炭素原子により確定される。第２二面角ｂは、第２平面及び第３平面間の夾角と定義される。図２（Ｄ）は、二面角ｂの側面図である。
【００８６】
図２（Ａ）に示されるように、第１二面角は、第１、第２、第３及び第４α−炭素原子により決定される。また、図２（Ｂ）に示されるように、第２二面角は、第２、第３、第４及び第５α−炭素原子により決定される。
【００８７】
図３は、二面角の伸展距離を示す図である。図３には、連続した五つのα−炭素原子セグメントの球棒模型が示される。球は、基本ユニット中のα−炭素原子を表し、棒は、各α−炭素原子を連結している。α炭素原子の標記は、（ｎ−２）、（ｎ−１）、（ｎ）、（ｎ＋１）、（ｎ＋２）である。（ｎ−２）と（ｎ＋２）との間の直線は、α−炭素原子（ｎ−２）及び（ｎ＋２）間の伸展距離である。
【００８８】
図３に示されるように、伸展距離は、第１及び第５α−炭素原子により決定される。伸展距離は第１及び第５α−炭素原子が決定する距離であり、その単位はオングストロ−ム（Å）である。
【００８９】
各基本ユニットでは、第１二面角及び第２二面角が、当該基本ユニットの形状や構造の描写に寄与する。このように、基本ユニットにおける２つの二面角が、α−螺旋や、β−折り畳み片のような連続パタン或いは不規則曲がりや巻きのような干渉パタンを表す。更に、２つの最後のα−炭素原子間の距離τ（ｎ−２,ｎ＋２）は、全体の形状或いは五つの連続したα−炭素原子における基本ユニットの立体構造に関する値を表し、本発明では、五つのアミノ酸基本ユニットの立体構造或いは折り畳み形状を描写するために、これら３つの値のみが必要となる点において、優れている。これらの３つの値により、五つの連続するα−炭素原子の３Ｄ空間における折畳み形状を表す３次元ベクトルが取得される。
【００９０】
当該３Ｄベクトルにより、蛋白質折り畳み形状の描写が単純化される。当該３Ｄベクトルは、以下の通り表すことができる：
【数１２】
2010517195.tif 000014
【００９１】
ここで、Ａ、Ｂ及びＣは、ベクトルの各成分の大きさであり、ａ、ｂ及びｃは、各成分の重み付けの大きさを表す。ベクトルの性質により、Ａ、Ｂ、Ｃは、独立成分でなければならない。
【数１３】
2010517195.tif 000015
【００９２】
ＰＦＳＣ方法に基づき、連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子ユニットにおける二つの二面角と、（ｎ−２）α−炭素原子及び（ｎ＋２）α−炭素原子間の伸展距離とが、独立成分として定義される。各成分に対応するスケ−ルａ、ｂ、ｃは、α−炭素原子の座標に基づき計算される。連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子ユニットにおける二つの二面角と、（ｎ−２）α−炭素原子及び（ｎ＋２）α−炭素原子間の伸展距離とは、以下のように表される：
【数１４】
2010517195.tif 000016
ここで、ａ及びｂは連続した五つのアミノ酸におけるα−炭素原子の二面角であり、ｃは原子間の伸展距離である。Ｆはα−炭素原子の座標に基づき計算された二面角及び伸展距離の多項式を表す。α−炭素原子の座標は、蛋白質デ−タベ−ス（ＰＤＢ）から得られる。ｒｎは第ｎ原子の座標を表す。明らかなのは、五つの連続したα−炭素原子の十五次元座標変数（ｘ,ｙ,ｚ）が、折り畳み形状を表現するための空間におけるベクトルＶの三成分に減らされることである。
【００９３】
＜ベクトル空間の分割＞
蛋白質の折り畳みの形状に対する理想的な描写は、構造の類似性と同時に非類似性をも区別可能であるべきである。分子レベルでは、一つのベクトルが空間で無限小の連続変化を描写可能であり、これが蛋白質構造の信頼できる表現である。蛋白質構造のいかなる違いも、これらの表現により反映される。しかし、蛋白質構造の類似性を描写するためには、一定数量の偏差を許さなければならない。それにより、ベクトル空間は連続変化空間から非連続変化空間に変換し、変化の大きさは無限小から有限に変化する。
【００９４】
本発明のＰＦＳＣ方法による方法、体系及びアルゴリズムは、連続した五つのアミノ酸のα−炭素原子ユニットにおける二つの二面角及び一つの伸展距離を、三つの区域に分割する。これらの分割区域の互いの組み合わせは、一つのベクトルに対応する。従って、蛋白質主鎖の連続した五つのアミノ酸におけるα−炭素原子ユニットは、二十七個のベクトルの一つに対応する。その二十七個のベクトルは、以下の式により得られる：
【数１５】
2010517195.tif 000017
【００９５】
蛋白質二次構造に対して、連続した四つのα−炭素原子の伸展距離は既知であるため（Ｇｈｅｌｉｓ  Ｃ，  Ｙｏｎ  Ｊ．  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ：  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｆｏｌｄｉｎｇ．  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  Ｌｏｎｄｏｎ：  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ；  １９８２；  Ｌａｂｅｓｓｅ  Ｇ，  Ｃｏｌｌｏｃ´ｈ  Ｎ，  Ｐｏｔｈｉｅｒ  Ｊ，  Ｍｏｒｎｏｎ  ＪＰ，  Ｃｏｍｐｕｔ．  Ａｐｐｌ．  Ｂｉｏｓｃｉ．  １９９７，  １３（３）  ：２９１−５；  ａｎｄ  Ｍａｒｔｉｎ  Ｊ，  Ｌｅｔｅｌｌｉｅｒ  Ｇ，  Ｍａｒｉｎ  Ａ，  Ｔａｌｙ  ＪＦ，  ｄｅ  Ｂｒｅｖｅｒｎ  ＡＧ，  Ｇｉｂｒａｔ  ＪＦ．，  ＢＭＣ  Ｓｔｒｕｃｔ  Ｂｉｏｌ．  ２００５，  ５：  １７，  ａｌｌ  ｏｆ  ｗｈｉｃｈ  ａｒｅ  ｈｅｒｅｂｙ  ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ  ｂｙ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅを参照）、本発明の連続した五つのアミノ酸における（ｎ−２）α−炭素原子から（ｎ＋２）α−炭素原子までの伸展距離の範囲も、簡単に定義できるはずである。
【００９６】
本発明の方法に基づき、二つの二面角及び一つの伸展距離は、それぞれ異なる分割区域を有する。これらの異なる区域の数値の組み合わせは、蛋白質或いはそのセグメントの形状及び構造形成の描写の助けとなる。具体的には、第１二面角はａ１、ａ２及びａ３の三つの区域から選択される。ここで、ａ１は０°から１３０°までであり、ａ２は＋１３０°から−１３０°までであり、ａ３は−１３０°から０までである。同じく、第２二面角はｂ１、ｂ２及びｂ３の三つの区域から選択され、ｂ１は０°から１３０°までであり、ｂ２は＋１３０°から−１３０°までであり、ｂ３は−１３０°から０までである。伸展距離はｃ１、ｃ２及びｃ３の三つの区域から選択され、ｃ１は０から５．５Åまでであり、ｃ２は５．５Åから１４．０Åまでであり、ｃ３は１４．０Å以上である。
【００９７】
本発明の方法における二つの二面角及び一つの伸展距離の分割は、図４に示される通りである。図４は、一つのユニットにおける二面角及び伸展距離の分割を示す図である。具体的な区域分割には、既知の蛋白質セグメントを異なる区域に分けないように注意する必要がある。実施例では、第１二面角と第２二面角とは、０°から１３０°、１３０°から１８０°及び−１３０°から０°の３つの区域に分割されている。また、伸展距離は、０Åから５．５Å、５．５Åから１４．０Å及び１４．０Åから２０に分割されている。２つの二面角及び伸展距離の分割は、異なるＰＦＳＣベクトルを用いる異なる折り畳みモチ−フをもたらす。例えば、α−螺旋、β−折り畳み片、γ−螺旋、π−螺旋、δ−螺旋及び３１０螺旋、２．２７螺旋の折り畳みモチ−フは、五つの異なる区域に対応している。従って、蛋白質３Ｄ構造を出発点として、数学論証を通じて取得された本発明の二十七個のＰＦＳＣベクトルが、蛋白質の構造形成を描写可能である。
【００９８】
＜蛋白質折り畳みの形のコ−ド（ＰＦＳＣ）＞
ＰＦＳＣ方法では、当該二十七個のベクトルが、二十六の大文字アルファベット及び符号“＄”により表示される。一つのアルファベットは一つのベクトルに対応し、骨組み上の連続した五つのα−炭素原子集合の中心原子を表す。当該二十七個のベクトルは、可能な折り畳み形状を表示し、各ベクトルはベクトルの起点であるＮ−末端及び終点であるＣ−末端の特定の折り畳み特徴を反映する。
【００９９】
二十七個のＰＦＳＣベクトルの折り畳み形状パタン及び関連する特徴を、図５に示す。ＰＦＳＣベクトルには三つの区域があり、各区域には九つのベクトルが有る。三つの区域は、三つの伸展距離の区域を表し、各区域に含まれる九つのベクトルは、九つの折り畳み形状パタンを表している。各ベクトルは、一つのアルファベット、一つの折り畳み形状パタン及びＮ−末端及びＣ−末端における折り畳み特徴を表す一つの矢印で表現される。矢印を用いて、“α”は末端におけるα−螺旋の折り畳み特徴を表し、“β”は末端におけるβ−折り畳み片の折り畳み特徴を表す。また、“＊”は末端のランダム絡まりの折り畳み特徴を表す。
【０１００】
ＰＦＳＣ方法において、各ベクトルに関連する折り畳み特徴が、表１に挙げられる。
表１は、二十七個のＰＦＳＣベクトルの特徴行列を示す表である。一行目には、二十七個のＰＦＳＣベクトルが表示されている。最も左側の列には、ＰＦＳＣベクトルの特徴が表示されている。表中の“Ｘ”は、各ベクトルに関連する特徴を示す。伸展距離ｃｊの定義については、図６を参照する。
一つのベクトルは複数の特徴を有することができ、一つの特徴は複数のベクトルに関連できる。例えば、表１では、ベクトル量“Ｊ”がＮ−末端においてはα−螺旋特徴、Ｃ−末端においてはβ−折り畳み片特徴を有し、α−螺旋とβ−折り畳み片とに対する「類似」ベクトルに属し、α−螺旋のＣ−末端或いはβ−折り畳み片のＮ−末端をカバ−し、伸展距離の区域ｃ２に位置する。その一方、Ｃ−末端のα−螺旋特徴は、Ａ”、“Ｄ”、“Ｈ”、“Ｕ”、“Ｖ”、“Ｗ”、“Ｘ”、“Ｙ”及び“Ｚ”の九つのベクトルに関係する。
【０１０１】
【表１】
2010517195.tif 000018
【０１０２】
ＰＦＳＣ方法における二十七個のベクトルの関係は、図６に示される通りである。３次元配置により、２７個のＰＦＳＣベクトルの相互関係を示している。ａ、ｂ、ｃの三つの座標軸は、三つの成分、即ち二つの二面角及び伸展距離を表す。ここで、ａｉは第１二面角を表し、ｂｊは第２二面角を表す。また、ｃｋは基本ユニットにおける第１及び第５α−炭素原子間の伸展距離を表す。各成分は、三つの区域に分割され、これらの区域が二十七個のベクトルを形成する。各ベクトルは、水平及び垂直方向において、他のベクトルと相関する。また、一つのベクトルは、周囲のベクトルとある折り畳み特徴を共有する。更に、水平層或いは垂直層が、これらのベクトルに対し、同じ特徴に基づくグル−プ分けを行う。従って、当該二十七個のベクトルは、互いに孤立した折り畳みパタンではなくなり、図６の図が示すように、空間で互いに緊密に相関する。
【０１０３】
本発明の方法では、五つのアミノ酸ユニットを描写する一つのベクトルは、当該ユニットの五つのα−炭素原子に対応する三つの入力値により決定される。当該三つの入力値は一つ目及び第１、第２二面角と、第１及び第５α−炭素原子間の伸展距離とに関係する。
【０１０４】
本発明の方法では、任意に与えられた五つのアミノ酸ユニットの３Ｄ立体構造は、当該三つの入力値を組み合わせて、二十七個の可能なＰＦＳＣベクトルのうち一つを取得することにより、描写即ち近似可能である。各ベクトルは、当該三つの入力値の区域により確定可能である。このように、いずれの二つのベクトルも、同じ三つの成分を含まないが、当該二つのベクトルが一つ或いは二つの同じ区間の成分を含むことは可能である。同じ区間に一つ或いは二つの成分を持つことは、当該二つのベクトルの類似の程度を反映する。当該類似性は、図６の３Ｄ行列により、直観的に示すことができる。
【０１０５】
図６において、各水平層における九つのベクトルが共通の区域を有し、即ち、３Ｄ空間において同一の伸展距離を有する。例えば、中間水平層におけるベクトル“Ｙ”、“Ｖ”、“Ａ”、“Ｓ”、“Ｂ”、“Ｊ”、“Ｃ”、“Ｍ”及び“Ｐ”は、全て同じｃ２伸展距離区間を有する。その他の共通点も、図６の行列に示される。例えば、任意の垂直層の九つのベクトルは、同じ成分値を有し、それらは二つの二面角の中、一つと同じ区間に属する。例えば、九つのベクトル“Ｘ”、“Ｕ”、“Ｈ”、“Ｙ”、“Ｖ”、“Ａ”、“Ｚ”、“Ｗ”及び“Ｄ”は、同じ垂直層に位置し、第１二面角の区域ａ１を有する。
【０１０６】
更に高い類似性を「相似」と称する。三つの入力値の中、一つ目のベクトルが二つ目のベクトルと同じ分布区域を二つ有するならば、当該二つのベクトルは相似である。例えば、図６の行列で示されるように、ベクトル“Ａ”は、三つの入力値成分（ａ１，ｂ１及びｃ２）により確定される。従って、ベクトル“Ａ”は六つの相似ベクトル“Ｊ”、“Ｐ”、“Ｖ”、“Ｙ”、“Ｈ”及び“Ｄ”を有する。ベクトル“Ｖ”及び“Ｙ”は、部分的に二つの入力値ｃ２及びａ１によりり確定されるため、ベクトル“Ａ”に対しても相似である。同じく、ベクトル“Ｊ”及び“Ｐ”も、入力値ｃ２及びｂ１を有するため、ベクトル“Ａ”と相似である。更に、ベクトル“Ｈ”及び“Ｄ”は、入力値ａ１及びｂ１を有するため、ベクトル“Ａ”と相似である。同様に、ベクトル“Ｂ”は、ベクトル“Ｖ”及び“Ｍ”がｃ２及びをｂ２有し、ベクトル“Ｓ”及び“Ｊ”がｃ２及びａ２を有し、ベクトル“Ｅ”及び“Ｇ”がａ２及びｂ２を有するため、六つの相似ベクトル“Ｖ”、“Ｍ”、“Ｓ”、“Ｊ”、“Ｅ”及び“Ｇ”を有する。関連する面から見れば、中間層の各ベクトルも、それぞれ六つの相似ベクトルを有する。対照的に、最上層と最下層の各ベクトルは、それぞれ五つの相似ベクトルを有する。
【０１０７】
ＰＦＳＣ方法では、一つの矢印を用いることにより、ベクトルの起点及び終点における折り畳み特徴が、それぞれ、Ｎ−末端及びＣ−末端の特徴を表す。各ベクトル端点の三種類の折り畳み特徴は、α−螺旋、β−折り畳み片及び不規則絡まりと類似し、それぞれ“α”、“β”及び“＊”と標識される。これらは、ベクトル方向に沿って折り畳み角分布を表す。例えば、ベクトル“Ａ”はＮ−末端及びＣ−末端の両方にα−螺旋特徴を有し、ベクトル“Ｂ”はＮ−末端及びＣ−末端の両方にβ−折り畳み特徴を有する。ベクトル“Ｊ”はＮ−末端にα−螺旋特徴を有し、Ｃ−末端にβ−折り畳み特徴を有する。ベクトル“Ｖ”はＣ−末端にα−螺旋特徴を有し、Ｎ−末端にβ−折り畳み特徴を有する。ベクトル“Ｈ”はＮ−末端及びＣ−末端の両方にα−螺旋特徴を有する。従って、ＰＦＳＣ折り畳みパタンは、二十七個のアルファベット文字により識別されるのみでなく、ベクトル特徴によっても識別される。
【０１０８】
ＰＦＳＣ方法において、二十七個のＰＦＳＣベクトルは、幾つかのベクトル特徴を共有して互いに相関する。例えば、α−螺旋を表す“Ａ”は、伸展距離区間値の区域２（即ち区間ｃ２）、第１二面角区間値の区域１（即ち区間ａ１）及び第２二面角区間値の区域１（即ち区間ｂ１）のベクトルである。また、β−折り畳み片を表す“Ｂ”は、伸展距離区間値の区域２（即ち区間ｃ２）、第１二面角区間値の区域２（即ち区間ａ２）及び第２二面角区間値の区域２（即ち区間ｂ２）のベクトルである。“Ｊ”は、Ｎ−末端にα−螺旋特徴を有し、Ｃ−末端にβ−折り畳み片特徴を有するため、“Ａ”及び“Ｂ”と隣接する。“Ｖ”もまた、“Ａ”及び“Ｂ”と隣接するが、“Ｖ”は、Ｃ−末端にα−螺旋特徴を有し、Ｎ−末端にβ−折り畳み片特徴を有する。“Ａ”と同じく、ベクトル“Ｈ”はＮ−末端とＣ−末端とにα−螺旋特徴を有するため、“Ａ”と隣接する。しかし、“Ｈ”はより大きな伸展距離を有する。従って、 Ｃ−、Ｎ−両端の特徴が識別できるため、各２７個のＰＦＳＣベクトルは、折り畳み及び立体構造の特徴を描写し易い。
【０１０９】
ＰＦＳＣ方法は、蛋白質構造の全ての曲がりを連続的に描写する方法を提供するので、
規則的な二次構造セグメント、不規則な或いはめったにみられない構造セグメント、更には蛋白質構造の安定性から見れば不利なセグメントをも含む折りたたみ形状を含む蛋白質折り畳み形状を、蛋白質α−炭素原子の骨組みに沿って１００パ−セントカバ−可能である。蛋白質構造には多数の不規則な曲がり、絡まり、ねじれ角或いは巻きがあり、それらを明確に描写及び区別することは特に困難である。特に、めったに出現しない巻きを発見して安定した測定結果を得ることは困難である。また、α−螺旋とβ−折り畳み片との中の不規則なセグメントと規則的な二次構造セグメントとがどのように繋がるのかを描写することも困難である。然し、本発明によれば、ＰＦＳＣアルゴリズムが、あらゆる可能な折り畳みを等しく取り扱うと共に、蛋白質α−炭素原子の骨組みにおける各折り畳み間の関係を描写する。従って、ＰＦＳＣ方法は、蛋白質の折り畳み形状の不規則なセグメントを描写及び分類可能である。
【０１１０】
コンピュ−タ実行方法として、ＰＦＳＣアルゴリズムは、Ｊａｖａ（登録商標）プログラム（Ｊ２ＳＥ  ｖ．１．５．０  ０７）でコ−ド化されている。そのライセンスは、ＭｉｃｒｏｔｅｃｈＮａｎｏ，  ＬＬＣが所有する。ＰＦＳＣを計算認定する必要が有りましたら、ｉｎｆｏ＠ｐｒｏｔｅｉｎｓｈａｐｅ．ｃｏｍまでＥメ−ルを送信して下さい、或いはウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｒｏｔｅｉｎｓｈａｐｅ．ｃｏｍにアクセスして下さい。
【０１１１】
ＰＦＳＣ方法は、蛋白質の３Ｄ構造或いは３Ｄ座標に基づいて、その折り畳みモチ−フを描写できる。ＰＦＳＣ方法はα−炭素原子のみを考慮するので、Ｘ線結晶構造解析及び核磁気共鳴分光から得られた低解像度のデ−タでさえも処理可能である。大部分の蛋白質の３Ｄ構造は、蛋白質デ−タベ−ス（Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｄａｔａ  Ｂａｎｋ：ＰＤＢ）に保存されて公表される。世界蛋白質デ−タベ−ス（Ｔｈｅ  Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｄａｔａ  Ｂａｎｋ：ｗｗＰＤＢ，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗｗｐｄｂ．ｏｒｇ／）が米国ＲＣＳＢ  ＰＤＢ  （ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｃｓｂ．ｏｒｇ／ｐｄｂ／ｈｏｍｅ／ｈｏｍｅ．ｄｏ）、欧州ＭＳＤ−ＥＢＩ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｂｉ．ａｃ．ｕｋ／ｍｓｄ／）、日本ＰＤＢｊ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｄｂｉ．ｏｒｇ／）及び米国生物磁気共鳴デ−タベ−スへのアクセスを提供する。更に、米国国家生物技術情報分子モデリングデ−タベ−スセンタ−（ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  Ｄａｔａｂａｓｅ，ＮＣＢＩ  ＭＭＤＢ）も、蛋白質の計算構造を提供する（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ／ＭＭＤＢ／ｍｍｄｂ．ｓｈｔｍｌ）。
【０１１２】
本発明に基づき、一つの蛋白質或いはその一部分の３Ｄデ−タに対して、ＰＦＳＣアルゴリズムを利用することにより、当該蛋白質或いはその一部分に対して、ベクトル或いはＰＦＳＣコ−ドを形成することが出来る。ＰＦＳＣアルゴリズムは、以下のステップを含む。（Ａ）当該蛋白質を一連の重なり合うユニットに分割する。各ユニットは、五つのアミノ酸を含む。一つ目のユニットに対して、（Ｂ）第１二面角の区間値を確定し、（Ｃ）第２二面角の区間値を確定し、（Ｄ）伸展距離の区間値を確定する。そして、（Ｅ）ステップＢ、Ｃ、Ｄで得られた区間値を組み合わせて、一つ目のユニットのベクトルを取得する。
【０１１３】
ＰＦＳＣアルゴリズムは、二つ目のユニットに対して、引き続き以下のステップを行う。（Ｆ）二つ目のユニットに対してステップＡを繰り返す。（Ｇ）二つ目のユニットに対してステップＢを繰り返す。（Ｈ）二つ目のユニットに対してステップＣを繰り返す。（Ｉ）二つ目のユニットに対してステップＤを繰り返す。（Ｊ）ステップＧ、Ｈ、Ｉで得られた区間値を組み合わせて、二つ目のユニットのベクトルを取得する。
【０１１４】
ＰＦＳＣアルゴリズムは、引き続き以下のステップを行う。（Ｋ）当該蛋白質の少なくとも一部分に対して、ステップＦ、Ｇ、Ｈ、Ｉ及びＪを繰り返す。（Ｌ）蛋白質全体に対して、ステップＦ、Ｇ、Ｈ、Ｉ及びＪを繰り返す。
【０１１５】
そして、ＰＦＳＣアルゴリズムは、引き続き以下のステップを行う。（Ｍ）取得されたベクトル集合に対して、一つ或いは複数の算法を実施し、蛋白質の一つ或いは複数方向の立体構造を確定する。
【０１１６】
ＰＦＳＣ方法は、蛋白質の二次構造から三次構造までの折り畳みを描写するための新しいツ−ルを提供し、蛋白質の骨組みに沿った折り畳み形状の系統的な描写を提供する。また、ＰＦＳＣは、形状転移の細かい点により蛋白質折り畳み構造を明らかにする情報を提供し、蛋白質二次構造の長さ、境界及び変形を検証する。
【０１１７】
蛋白質の３Ｄ構造を入力し、その折り畳み形状を描写する出力としてＰＦＳＣを生成するコンピュ−タプログラムが、既に開発されている。本節は、ＰＦＳＣを使用する実例を一つ挙げ、他の確立された方法と比較する。まず、蛋白質デ−タベ−ス（ＰＤＢ）からランダムに選ばれた一連のＰＦＳＣを計算する。これは、異なる種類の蛋白質構造及び同じ蛋白質に属するが複数の立体異性体を有する構造を含む。次に、ＰＦＳＣを用いて、立体構造を、構築されているＳＡＬＩＧＮ基準デ−タベ−ス（Ｍａｒｔｉ−Ｒｅｎｏｍ  ＭＡ，  Ｍａｄｈｕｓｕｄｈａｎ  Ｍ，  Ｓａｌｉ  Ａ．  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｏｆ  ｐｒｏｔｅｉｎ  ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ  ｂｙ  ｔｈｅｉｒ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ．  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｓｃｉ  ２００４；  １０７１−１０８７）により評価する。最後に、ＰＦＳの結果と、ＰＤＢや既存の他の方法により取得された二次構造認定とを、比較する。
【０１１８】
＜実例＞
下記の例は、本発明の実施例として用いられるのみであり、本発明による構成及び方法と、本発明によらない先行技術及び／或いは実施例との比較を含んでいる。下記の例は、添付された本発明の特許請求の範囲にも述べられるように、本発明の範囲を限定するものではない。
【０１１９】
＜ＰＦＳＣとＰＤＢとの比較＞
ＰＤＢ識別番号１ＥＣＡ，１ＡＡＪ，２ＲＮ２及び８ＤＦＲを持つ蛋白質構造を、それぞれ四種の構造タイプα，β，α＋β及びα／βからランダムに選び、例とする。ＰＦＳＣの結果と、これらの識別子に対応するＰＤＢのデ−タベ−スとの構造認定の比較を、表２に示す。左側の一列は、蛋白質α−炭素骨組み構造、名称及び分類を表示している。記号“Ｓｅｑ”は、アミノ酸序列を表し、“Ａｔｈｒ”は、ＰＤＢデ−タ作者による構造認定である。ここで、“ａ”はα−螺旋、“ｂ”はβ−折り畳み片，“ｃ”はねじれ角、“−”は未定義の巻きに対応している。“ＤＳＳＰ”は、ＰＤＢデ−タベ−スでＤＳＳＰを使用して行った構造認定であり、“Ｈ”はα−螺旋、“Ｅ”はβ−折り畳み片、“Ｔ”はねじれ角、“Ｓ”は曲がり、“Ｇ”は３１０螺旋、“Ｂ”は独立β−橋、“−”は未定義の巻きに対応している。“ＳＴＲＩＤＥ”は、ＰＤＢデ−タベ−スにおけるＳＴＲＩＤＥによる構造認定であり、“Ｈ”はα−螺旋、“Ｅ”はβ−折り畳み、“Ｔ”はねじれ角、“Ｃ”は絡まり、“Ｇ”は３１０螺旋、“Ｉ”はπ−螺旋、“Ｂ”は独立β−橋、“−”は未定義の巻きに対応している。“ＰＦＳＣ”は、ＰＦＳＣ方法を利用して行った構造認定であり、“Ａ”はα−螺旋、“Ｂ”はβ−折り畳み片に対応する。他のアルファベットの定義は、図５及び図６を参照する。“ＰＦＳＣＡ”は、ＰＦＳＣにより取得されたニ次構造認定であり、“＊”はα−螺旋、“＝”はβ−折り畳み片、“＜”及び“＞”は二次構造におけるＮ−末端或いはＣ−末端の相似ベクトルに対応する。他の記号は、不規則な三次構造に対応し、その定義は、図５及び図６を参照する。
【０１２０】
表２−１及び表２−２は、蛋白質１ＥＣＡ、１ＡＡＪ、２ＲＮ２及び８ＤＦＲに対する構造分配のＰＦＳＣ法による結果とＰＤＢデ−タとの比較を示す表である。
表２−１及び表２−２には、ＰＤＢのデ−タ作者、ＤＳＳＰ及びＳＴＲＩＤＥによる構造認定並びにＰＦＳＣによる描写が書き並べられている。二次構造の認定を明確に描写するために、ＰＦＳＣ認定（ＰＦＳＣＡ）は、表２−１及び表２−２において、ＰＦＳＣの簡単な表現である。結果は、ＰＦＳＣ方法の三つの特徴を示している。（１）ＰＦＳＣとＰＤＢ（作者、ＤＳＳＰ及びＳＴＲＩＤＥ）の二次構造認定の結果は、概して一致する（２）ＰＦＳＣ方法は、規則的なセグメント、不規則な巻き及び絡まりを含む蛋白質の骨組みに沿った折り畳み形状を、完全に描写できる。（３）ＰＦＳＣは蛋白質の構造における折り畳み特徴の詳細を発見可能であり、且つ有意義な解釈ができる。
【０１２１】
【表２−１】
2010517195.tif 000019
【０１２２】
【表２−２】
2010517195.tif 000020
【０１２３】
＜二次構造とＰＦＳＣベクトルとの相関関係＞
ＰＦＳＣベクトルは、数学論証により取得され、封鎖空間で二十七個のベクトルを使って二十七個の折り畳みパタンを表示し、蛋白質の折り畳み形状を描写する。観察された二次構造の大部分が、特定のＰＦＳＣベクトルと関連づけられる。図４は、ＰＦＳＣ空間が九つの区域に分割されたことを示しており、これらは三つの二面角区域及び三つの伸展距離区域に関連する。異なるＰＦＳＣ空間区域には、異なる二次構造（β−折り畳み片、α−螺旋、γ−螺旋、π−螺旋、δ−螺旋、３１０−螺旋及び２．２７−螺旋）を見つける。図４は、二次構造とＰＦＳＣベクトルとの関係を示しており、対応のベクトル符号については、図５及び図６を参照する。例えば、ベクトル“Ａ”により表示されるα−螺旋は、二面角区間が０°から１３０°まで、伸展距離区間が５．５Åから１４．０Åまでの区域に属する。ベクトル“Ｂ”により表示されるβ−折り畳み片は、二面角区間が１３０°から１８０°まで及び−１３０°から−１８０°まで、伸展距離区間が５．５Åから１４．０Åまでの区域に属する。ベクトル“Ｄ”により表示されるδ−螺旋は、二面角区間が０°から１３０°まで、伸展距離区間が５．５Å未満の区域に属する。ベクトル“Ｈ”により表示される３１０−螺旋及び２．２７−螺旋は、二面角区間が０°から１３０°まで、伸展距離区間が１４．０Å以上の区域に属する。ベクトル“＄”により表示されるγ−螺旋及びπ−螺旋は、二面角区間が０°から−１３０°まで、伸展距離区間が５．５Å未満の区域に属する。
【０１２４】
＜二次構造セグメントの境界＞
表２のＰＦＳＣ方法の結果は、二次構造セグメントがどのように連結及び拡大するかを示している。ＰＤＢデ−タ作者、ＤＳＳＰ方法、ＳＴＲＩＤＥ方法及びＰＦＳＣ方法により取得された構造分配結果とは少し異なる。これらの違いは、主に二次構造の長さ、関係位置にみられる。しかし、ＰＦＳＣ方法を利用した結果では、α−螺旋、β−折り畳み片の二次構造の境界の大部分は、折り畳み形状の転移を表現すべく、相似ベクトルによりカバ−される。例えば、蛋白質１ＥＣＡでは、セグメント［３］、［１９−２０］、［３１−３２］、［３８］、［４５−４６］、［７２］及び［７６］を持つα−螺旋の末端に、相似ベクトル“Ｖ”、“Ｊ”、“Ｙ”及び“Ｈ”が出現する。蛋白質１ＡＡＪでは、セグメント［３］、［６−８］、［１２−１３］、［２６］、［３３−３４］、［４８］、［６６］、［７１］、［７５］、［８３］、［９７］及び［９１］を持つβ−折り畳み片の末端に、相似ベクトル“Ｖ”、“Ｊ”及び“Ｓ”が出現する。これらの相似ベクトルは、α−螺旋及びβ−折り畳み片セグメント末端の平滑な形状転移を示す。その一方、二次構造セグメントの末端に相似ベクトルが出現しない場合、境界において急激な変化が起こった可能性がある。例えば、蛋白質２ＲＮ２では、セグメント［２８］及び［１１４−１１５］において、急激な変化が起こった。また、蛋白質８ＤＦＲでは、セグメント［４８］及び［１１７−１１８］において、急激な変化が起こった。
【０１２５】
＜ねじれ角及び巻き＞
各蛋白質二次構造セグメントは、ねじれ角、絡まり或いは巻きにより繋がる。ＰＤＢデ−タベ−スは二次構造セグメントの各セグメントモチ−フを提供しないが、ＰＦＳＣはこれらを描写することができる。例えば、表２の通り、蛋白質１ＥＣＡのセグメント［３６−４６］に対するＰＤＢデ−タ作者による結果は、“ａａａ−−−−−−ａａ”であり、ＤＳＳＰによる結果は“ＴＴ−ＴＴＴＴＴＴ−−”であり、ＳＴＲＩＤＥＳによる結果は“ＨＨＴＴＴＴＴＴＴ−Ｈ”である。しかし、ＰＦＳＣによる結果は、“ＡＡＪＶＡＡＡＡＨＪＶ”である。蛋白質１ＡＡＪのセグメント［４７−６０］に対するＰＤＢデ−タ作者による結果は、“ｂｂ−−−−ｂｂｂｂｂｃｃｃ”であり、ＤＳＳＰによる結果は、“Ｅ−−−−−Ｅ−−ＥＥ−ＴＴ”であり、ＳＴＲＩＤＥＳによる結果は、“Ｅ−−−−−Ｂ−−ＥＥＴＴＴ”である。しかし、ＰＦＳＣによる結果は、“ＢＶＡＨＨＢＢＵＩＢＢＷＹＡ”である。表２の結果は、ＰＤＢにおける蛋白質１ＥＣＡ、１ＡＡＪ、２ＲＮ２及び８ＤＦＲの二次構造セグメント間の全てのギャップが、ＰＦＳＣベクトルで埋められることを示している。このように、ＰＦＳＣは、二次構造から三次構造までの折り畳み形状に対して、連続的な描写を提供する。このような構造認定の完全性は、より精確で有効な蛋白質構造の比較及び分析を提供する。
【０１２６】
＜二次構造セグメントの変形＞
ＰＦＳＣ方法は、規則的な二次構造セグメントの内部の変形を明らかにすることができる。図７は、二次構造認定におけるＰＦＳＣ方法及びＰＤＢ方法の比較を示す図である。図７には、蛋白質１ＥＡＣ及び１ＡＡＪ中の変形したセグメントが、ＰＦＳＣコ−ドを用いて表示されている。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において、各セグメントには、アミノ酸番号が標記され、ＰＦＳＣの結果は大文字で、ＰＤＢの結果は小文字で、それぞれ示されている。例えば、蛋白質１ＥＡＣの中、序列［１９−３８］の折り畳み構造は、ＰＤＢデ−タ作者によりただ典型的なα−螺旋セグメントであると認定された。しかし、ＰＦＳＣ方法では、セグメント［３１−３２］に、“ＡＡ”ではなくα−螺旋相似ベクトル“ＪＶ”が認定されたため、典型的なα−螺旋セグメントの断裂が引き起こされた。ＤＳＳＰ及びＳＴＲＩＤＥ方法を使った場合も、セグメント［３１］に、同じ断裂がみられる。図７（Ａ）の左上図には、α−炭素原子の骨組みにおけるα−螺旋セグメントの断裂が示される。比較として、１ＥＣＡの三つの典型的なα−螺旋も、図７（Ａ）に示されている。もう一つの例は、図７（Ｂ）の左上図に示される蛋白質構造１ＡＡＪのβ−折り畳み片序列［２−１３］における断裂である。ここのＰＦＳＣ記述“ＶＪＶＡＪＷＳＶ”は、β−折り畳み片序列［６−１３］の断裂部分を示している。ＰＤＢデ−タ作者による構造認定結果は、単純にβ−折り畳み片であるが，ＰＦＳＣによると、ただの典型的な平坦なβ−折り畳み片ではない。ＤＳＳＰ及びＳＴＲＩＤＥによる結果でも、１ＡＡＪセグメント［２−１３］において、同じ断裂が起こることがみられる。セグメント［２−１３］のα−炭素原子骨組み図に、後半段の断裂部分が示されている。図７（Ｂ）に、当該断裂部分と１ＡＡＪの三つの典型的なβ−折り畳み片セグメントとの比較を示す。これらの例は、構造描写に対してＰＦＳＣ方法がＤＳＳＰ及びＳＴＲＩＤＥ方法の非常に近い敏感度を持っていることを示している。ＰＦＳＣは、蛋白質二次構造セグメント内部に存在する断裂を完全にさらすことが出来る。
【０１２７】
＜ＰＦＳＣ方法と他の方法との比較＞
アルファベットを使って二次ひいては三次構造を認定して、蛋白質折り畳み構造を描写するために、現在まで様々な方法が開発されてきた。先ずは、ＤＳＳＰ、ＳＴＲＩＤＥ、ＤＥＦＩＮＥ、ＰＣＵＲＶＥ、ＰＳＥＡの各方法及びＰＤＢデ−タ作者による構造認定が、主に蛋白質二次構造の描写を提供する。理想的な二次構造知識を規準として、これらの方法の多くは、３Ｄ座標デ−タから情報を引き出して、水素結合パタンやα−炭素原子をめぐる二面角、α−炭素原子の距離等を見つける。例えば、ＤＳＳＰ方法は、水素結合パタンによりα−螺旋、３１０螺旋、π螺旋、β−折り畳み片、β−橋、ランダム絡まり等、八種のタイプの二次構造を識別することを図る。ＰＦＳＣ方法は、異なる構想を用いて、空間中の任意且つ可能な折り畳み形状を連続的に描写し、ベクトルの付与を図る。しかし、ＰＦＳＣベクトルは、依然として、各種の二次構造カテゴリ−に関連づけることができる。図４は、様々なタイプの二次構造が、特定の角度及び伸展距離を通じて、どのようにＰＦＳＣ空間区域と関連するかを示している。特に、水素結合パタンの構築を図る方法は、常に高解析度構造テストを通じて水素原子の位置を取得する必要がある。ＰＦＳＣ方法であれば、α−炭素原子のみを確定すれば良いので、ＰＦＳＣ方法は、低解析度により取得された蛋白質構造をも描写できる。
【０１２８】
次に、ＳＢＢ及びＰＢ方法は、アルファベットを利用して、蛋白質の二次及び三次構造を認定できる。ＳＢＢ方法は、９７個の蛋白質鎖及び１９４３８個の七アミノ酸セグメントに基づき、折り畳みパタンとして、六つの最適化された基礎的構造要素を定義する。ＰＢ方法は、３４２個の蛋白質及び８６６２８個の五アミノ酸セグメントから、１６個の蛋白質要素を選ぶ。ＳＢＢ或いはＰＢからの折り畳みパタンの選択は、統計分析による結果である。その上、全ての折り畳みパタンが関連する必要も無い。しかし、各折り畳みパタンが一つの封鎖空間に対して一つの区域を明確に表示するため、二十七個のＰＦＳＣ折り畳みパタンは、互いに自然に相関する。従って、意味のあるＰＦＳＣベクトルが、蛋白質骨組み上の折り畳み形状を連続的に描写できる。
【０１２９】
二つの蛋白質の結果が、ＰＦＳＣと他の方法で行われた構造認定とを比較する例として利用可能である。バチルス・ステアロサ−モフィルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  Ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）のリボゾ−ム蛋白Ｓ１５（ＰＤＢコ−ドは１Ａ３２）からのデ−タは、既にＰＢ研究者により発表され、六種の異なる方法の比較に用いられている（４０）。バチルス・リケニフォルミス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  Ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ）のβ−ラクタマ−ゼ蛋白鎖Ａ（ＰＤＢコ−ドは４ＢＬＭ）からのデ−タは、既にＳＢＢ研究者により発表され、ＤＳＳＰの結果の比較に用いられている。公開されている蛋白質１Ａ３２及び４ＢＬＭのデ−タをベ−スとして、ＰＦＳＣ及び他の方法により取得された結果を、表３及び表４に書き並べる。
【０１３０】
【表３】
2010517195.tif 000021
【０１３１】
表３は、バチルス・ステアロサ−モフィルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  Ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）のリボゾ−ム蛋白Ｓ１５（ＰＤＢコ−ド：１Ａ３２）に対するＰＦＳＣ方法及び他の方法による構造認定を示す表である。
表３において、“１Ａ３２”はバチルス・ステアロサ−モフィルスのリボゾ−ム蛋白Ｓ１５を表す。“ＳＥＱ”はＳ１５蛋白質構造１Ａ３２のアミノ酸序列である。“ＰＤＢ”はＰＤＢデ−タ作者により取得された二次構造認定であり、“ａ”はα−螺旋、“−”は未定義の巻きに対応している。“ＤＳＳＰ”、“ＳＴＲＩＤＥ”、“ＰＳＥＡ”、“ＤＥＦＩＮＥ”及び“ＰＣＵＲＶＥ”は、それぞれ、これらの方法により取得された構造認定結果を示し、“Ｈ”はα−螺旋、“Ｅ”はβ−折り畳み片、“Ｃ”は絡まりに対応している。“ＰＢ”は蛋白質要素法（Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｂｌｏｃｋ）の結果であり、“ｍ”はα−螺旋、“ｄ”はβ−折り畳み、“ｋ”、“ｌ”、“ｎ”、“ｏ”及び“ｐ”は類巻きのα−螺旋、“ａ”、“ｂ”、“ｃ”、“ｅ”及び“ｆ”は類巻きのβ−折り畳み片、“ｈ”、“Ｉ”及び“ｊ”は絡まり、“ＺＺ”は未認定の末端に対応している。“ＰＳＦＣ”は蛋白質折り畳みの形のコ−ド方法により取得された結果であり、“Ａ”はα−螺旋、“Ｂ”はβ−折り畳み片である。他のベクトルの定義については、図５及び図６を参照する。
【０１３２】
【表４】
2010517195.tif 000022
【０１３３】
表４は、バチルス・リケニフォルミス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  Ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ）のβ−ラクタマ−ゼ蛋白鎖Ａ（ＰＤＢコ−ドは４ＢＬＭ、鎖Ａ）に対するＰＦＳＣ方法及び他の方法による構造認定を示す表である。
表４において、“ＳＥＱ”はバチルス・リケニフォルミスのβ−ラクタマ−ゼ蛋白鎖Ａ（ＰＤＢコ−ド：４ＢＬＭ、鎖Ａ）のアミノ酸序列を表す。“ＰＤＢ”は、ＰＤＢデ−タ作者により取得された二次構造認定であり、“ａ”はα−螺旋、“ｂ”はβ−折り畳み片、“−”は未定義の巻きに対応している。“ＤＳＳＰ”は、蛋白質二次構造方法により取得された結果であり、“Ｈ”はα−螺旋、“Ｅ”はβ−折り畳み片、“Ｔ”はねじれ角、“Ｓ”は曲がり、“Ｇ”は３１０−螺旋、“Ｂ”は独立β−橋、“−”は未定義の巻きに対応している。“ＳＴＲＩＤＥ”はＳＴＲＩＤＥ方法により処理されたＰＤＢデ−タの結果であり、“Ｈ”はα−螺旋、“Ｅ”はβ−折り畳み片、“Ｔ”はねじれ角、“Ｃ”は絡まり、“Ｇ”は３１０−螺旋、“Ｉ”はπ−螺旋、“Ｂ”は独立β−橋、“−”は未定義の巻きに対応している。“ＳＢＢ”は基礎的構造要素法（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｂｌｏｃｋｓ）の結果であり、“ａ”はα−螺旋、“ｂ”はβ−折り畳み片、“ｚ”及び“ｈ”はα−螺旋のＮ−末端和Ｃ−末端、“ｔ”及び“ｉ”はβ−折り畳み片のＮ−末端和Ｃ−末端に対応している。“ＰＳＦＣ”はＰＦＳＣ方法の結果であり、“Ａ”はα−螺旋、“Ｂ”はβ−折り畳み片に対応している。他のベクトルの定義については、図５及び図６を参照する。
【０１３４】
表３及び表４に表された結果において、ＰＦＳＣ及び他の各方法により取得された二次構造認定は、ほぼ一致している。また、異なる方法が、二次構造セグメントに対して、全く同じ長さ及び境界を取得しなかったことが明らかである。実際には、二次構造セグメントの末端形状は、多くの場合、突然終止することはなく、幾分歪み或いは延伸して、近いモチ−フに対する形状転移に臨む。様々な方法が、規準として、異なるアルゴリズム、パラメ−タ及び許容性を適用するが、これらは、二次構造セグメントに対する相対的長さ及び位置の認定における曖昧さを引き起こす。二十七個のＰＦＳＣベクトルは、折り畳みパタンの一つの封鎖空間をカバ−し、異なる折り畳み形状及び形状変化を描写できる。ＰＦＳＣを利用して構造認定を描写するメリットは、以下の三つの面で体現する：
【０１３５】
＜（１）折り畳み形状の変化の平滑な転移に対する近似ベクトル＞
各ＰＦＳＣベクトルの周囲には、相似ベクトルの集合がある。例えば、図６のベクトル“Ａ”は、六つの相似ベクトル“Ｖ”、“Ｊ”、“Ｙ”、“Ｐ”、“Ｈ”及び“Ｄ”を有する。ベクトル“Ｂ”は、六つの相似ベクトル“Ｖ”、“Ｊ”、“Ｓ”、“Ｍ”、“Ｅ”及び“Ｇ”を有する。これらの相似ベクトルは、構造認定において形状転移に認定されることが出来る。局部の構造認定を連結すれば、ＰＦＳＣ構造の描写結果が得られる。即ち、蛋白質主鎖の一つ一つのα−炭素原子に沿ってベクトルを移動させることにより、ＰＦＳＣ構造の描写結果を取得できる。二次構造セグメントの末端が捩れ始まる際に、折り畳み形状転移は、α−螺旋或いはβ−折り畳み片に対するＰＦＳＣ近似ベクトルにより表される。
【０１３６】
相似ベクトルのおかけで、ＰＦＳＣ方法は、二次構造セグメントの末端における緩やかな変化を反映可能である。表３において、相似ベクトルは、蛋白質１Ａ３２Ａのα−螺旋セグメントの末端の多くに出現した。例えば、“ＪＶＰＹＨ”はα−螺旋［３−１３］のＣ−末端に出現し、“ＶＪＶ”はＮ−末端に出現し、“ＪＶ”はα−螺旋［２３−４３］のＣ−末端に出現し、“Ｖ”はα−螺旋［４８−７０］及びα−螺旋［７４−８３］のＮ−末端に出現した。同じ状況が、表４にもみられる。相似ベクトルは、蛋白質４ＢＭＬのα−螺旋及びβ−折り畳み片の末端に出現した。例えば、“ＪＨＨ”はα−螺旋［３３−３９］のＣ−末端に出現し、“Ｙ”はα−螺旋［７１−８６］のＮ−末端に出現し、“ＪＶＨＨ”はＮ−末端に出現し、“ＤＤ”はα−螺旋［１１９−１２６］のＣ−末端に出現し、“Ｓ”はＮ−末端に出現し、“Ｖ”はβ−折り畳み片［２４３−２５１］のＣ−末端に出現し、“Ｊ”はβ−折り畳み片［２５９−２６７］のＮ−末端に出現した。ＰＦＳＣでは、二次構造セグメント末端の緩やかな変化を描写可能であるので、長さ及び境界を明確に定義する必要が無い。更に重要なのは、より良い構造認定を利用して蛋白質構造を描写することにより、二次構造の本質を反映できることである。ＰＦＳＣ相似ベクトルの理念は、二次構造の境界を弾力的に描写可能とする。
【０１３７】
＜（２）終端二次構造の傾向＞
終端二次構造の傾向も、ＰＦＳＣの結果により示される。相似ベクトルを利用して、終端二次構造セグメントが、ＰＦＳＣ方法による構造認定の特徴を示した。表２、表３及び表４を参照する。ここで「終端」とは、二次構造セグメントのＮ−末端及びＣ−末端における一つのエキストラＰＦＳＣベクトルのことである。どのようにＰＦＳＣベクトルをα−螺旋及びβ−折り畳みのＮ−末端及びＣ−末端に付与するかを示すために、蛋白質１Ａ３２及び４ＢＬＭの全ての二次構造セグメントを、表５−１及び表５−２に書き並べる。
【０１３８】
表５−１及び表５−２は、蛋白質１Ａ３２及び４ＢＬＭ−鎖ＡのＰＦＳＣにおける終端二次構造セグメントを示す表である。
表５−１及び表５−２において、一列目には、二次構造のタイプを表示する。二列目には、蛋白質ＰＤＢコ−ドとして、１Ａ３２及び４ＢＬＭ−鎖Ａが表示されている。三列目は、セグメントのアミノ酸番号に対応し、四列目は、二次構造セグメントのアミノ酸序列を表す。五列目は、Ｎ−末端及びＣ−末端の一つの終端ベクトルに対してＰＦＳＣ方法により実施された二次構造認定の結果である。
【０１３９】
表５−１及び表５−２に示される結果が、終端二次構造セグメントに対する構造認定の傾向を示す。当該傾向は、図６に示される二十七個のベクトルの方向と一致している。α−螺旋のＮ−末端は区域１中のａｉ二面角のベクトル“Ｖ”、“Ｙ”或いは“Ｚ”に終結され、Ｃ−末端は区域１中のｂｉ二面角のベクトル“Ｊ”、“Ｐ”、“Ｄ”或いは“Ｑ”に終結される。β−折り畳み片のＮ−末端は区域２中のａｉ二面角のベクトル“Ｊ”、“Ｓ”或いは“Ｉ”に終結され、Ｃ−末端は区域２中のｂｉ二面角のベクトル“Ｖ”、“Ｗ”或いは“Ｕ”に終結される。また、ベクトル“Ｈ”はα−螺旋及びβ−折り畳み片のＮ−末端にもＣ−末端にも出現可能であり、ベクトル“Ｂ”はα−螺旋のＮ−末端及びＣ−末端と直接連結可能であり、ベクトル“Ａ”はβ−折り畳み片のＮ−末端及びＣ−末端と直接連結可能である。これらの結果は、α−螺旋及びβ−折り畳み片のＮ−末端及びＣ−末端が、それぞれ明確な特徴を有し、即ち、終端二次構造セグメントが構造認定の傾向を良く示すことを教えてくれている。
【０１４０】
当該傾向は、図５のベクトルの特徴により解釈できる。折り畳み形状矢印は、各ベクトルのＮ−末端及びＣ末端に、二面角折り畳み特徴を有する。二つのベクトルが連結している場合、一つのベクトルのＣ−末端は、必ず次のベクトルのＮ−末端と組み合わされる。平滑な折り畳み転移を行うためには、Ｎ−末端及びＣ−末端からの折り畳みは、合わさるはずであり、即ち、“α”は“α”と連結し、“β”は“β”と連結し、“＊”は“＊”と連結する。従って、ベクトル（“Ｖ”、“Ｙ”或いは“Ｚ”）は、α−螺旋のＣ−末端を、α−螺旋のＮ−末端へと連結させる傾向があり、ベクトル（“Ｊ”、“Ｐ”、“Ｄ”或いは“Ｑ”）は、α−螺旋のＮ−末端を、α−螺旋のＣ−末端へと連結させる傾向があり，ベクトル（“Ｊ”、“Ｓ”或いは“Ｉ”）は、β−折り畳み片のＣ−末端を、β−折り畳みのＮ−末端へと連結させる傾向があり、ベクトル（“Ｖ”、“Ｗ”或いは“Ｕ”）は、β−折り畳み片のＮ−末端を、β−折り畳み片のＣ−末端へと連結させる傾向がある。これらの結果は、ベクトルが結合する際の選択性により、ＰＦＳＣ方法における終端二次構造の傾向が決定されることを示している。
【０１４１】
同様の終端二次構造の傾向が、ＳＳＢ及びＢＰ方法により取得された結果にも見られる。表６には、ＰＦＳＣ方法とＳＳＢ及びＢＰ方法との終端二次構造の認定の比較が示される。
表６において、“Ｎ−Ｃａｐ”は、α−螺旋或いはβ−折り畳み片におけるＮ−末端の終端構造を示し、“Ｃ−Ｃａｐ”は、α−螺旋或いはβ−折り畳み片におけるＮ−末端の終端構造を示す。表６の２、３、４列目は、二次構造認定の文字であり、６、７、８列目は、ＳＢＢ、ＰＢ及びＰＦＳＣ等の方法を用いて取得された終端構造認定の文字である。
ＰＦＳＣ方法では、ベクトル特徴を通じて、終端二次構造の認定を解釈できる。
【０１４２】
【表５−１】
2010517195.tif 000023
【０１４３】
【表５−２】
2010517195.tif 000024
【０１４４】
【表６】
2010517195.tif 000025
【０１４５】
（３）ねじれ角及び巻きに対する構造認定
ＰＦＳＣ方法は、二十七個のベクトルを利用して、規則的な二次構造セグメント間のねじれ角或いは巻きの詳細に描写可能であり、他の方法と比較して、優位を占める。例えばＰＤＢデ−タ作者によりＰＤＢに蓄積されるデ−タや、ＤＳＳＰ、ＳＴＲＩＤＥ、ＰＥＳＡ、ＤＥＦＩＮＥ、ＰＣＵＲＶＥ及びＫＡＫＳＩ等、殆どの方法が、主に二次構造の認定に注目している。ＰＢ及びＳＢＢ方法は、蛋白質の二次及び三次構造を認定できる。しかしながら、ＰＦＳＣの二十七個のＰＦＳＣベクトルは、構造認定に対して実際に意味のある解釈を提供するので、蛋白質のα−炭素骨組みを、連続的に描写できる。
【０１４６】
表７−１、表７−２及び表７−３は、ＰＦＳＣ方法と他の方法（ＰＤＢデ−タ作者による結果、ＤＳＳＰ、ＳＴＲＩＤＥ、ＤＢ及びＳＳＢ）とによるねじれ角或いは巻きの構造認定の比較結果である。
表７−１、表７−２及び表７−３において、“Ｓｅｑｕｅｎｃｅ”は、蛋白質１Ａ３２及び４ＢＬＭ−鎖Ａのアミノ酸序列を示す。“ＰＤＢ”は、ＰＤＢデ−タ作者による二次構造認定であり、“ａ”はα−螺旋、“ｂ”はβ−折り畳み片、“−”は未定義の巻きに対応している。“ＤＳＳＰ”は、蛋白質二次構造方法であり、“Ｈ”はα−螺旋、“Ｅ”はβ−折り畳み片、“Ｔ”はねじれ角、“Ｓ”は曲がり、“Ｇ”は３１０−螺旋、“Ｂ”は独立β−橋、“−”は未定義の巻きに対応している。“ＳＴＲＩＤＥ”は、ＳＴＲＩＤＥ方法により処理されたＰＤＢデ−タであり、“Ｈ”はα−螺旋、“Ｅ”はβ−折り畳み片、“Ｔ”はねじれ角、“Ｃ”は絡まり、“Ｇ”は３１０−螺旋、“Ｉ”はπ−螺旋、“Ｂ”は独立β−橋、“−”は未定義の巻きに対応している。“ＰＢ”は、蛋白質要素法（Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｂｌｏｃｋ）による結果を示し、“ｍ”はα−螺旋、“ｄ”はβ−折り畳み片、“ｋ”、“ｌ”、“ｎ”、“ｏ”及び“ｐ”は類巻きα−螺旋、“ａ”、“ｂ”、“ｃ”、“ｅ”及び“ｆ”は類巻きのβ−折り畳み片、“ｈ”、“Ｉ”及び“ｊ”は絡まり、“ＺＺ”は未認定の末端に対応している。“ＳＢＢ”は、基本構造要素法（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｂｌｏｃｋｓ）の結果であり、“ａ”はα−螺旋、“ｂ”はβ−折り畳み片、“ｚ”及び“ｈ”はα−螺旋のＮ−末端和Ｃ−末端、“ｔ”及び“ｉ”はβ−折り畳み片のＮ−末端和Ｃ−末端に対応している。“ＰＳＦＣ”は、ＰＦＳＣ方法による認定結果を示し、“Ａ”はα−螺旋、“Ｂ”はβ−折り畳み片に対応している。他のベクトルの定義については、図５及び図６を参照する。“ＰＦＳＣＶ”は、ベクトル認定を使用するＰＦＳＣによる結果であり、二十七個のベクトル描写については、図５に定義されている矢印を参照する。
【０１４７】
表７−１、表７−２及び表７−３に示される結果によると、セグメント間のギャップを除いて、種々の方法がある程度で一致しているが、明らかな違いもみられる。一つ目は、ＰＤＢデ−タ作者によるＰＤＢのデ−タと、ＤＳＳＰ、ＳＴＲＩＤＥ及びＰＦＳＣ方法とが、巻きの不規則なセグメントに対して、異なる表現を提供することである。ねじれ角及び巻きに対して、ＰＤＢデ−タ作者による結果には、殆ど構造認定が無い。ＤＳＳＰ及びＳＴＲＩＤＥによる結果は、より多いモチ−フを提供するが、未確定なギャップを残している。また、何れの方法も、同じセグメントに対して、異なる描写を行う。例えば、ＤＳＳＰ及びＳＴＲＩＤＥ方法により取得された４ＢＬＭのアミノ酸セグメント［９１−１１０］、［１５３−１６９］、［１６９−１８１］、［１９３−２０３］、［２１２−２２２］及び［２６６−２７８］の認定は、何れも一致しない。ＰＦＳＣ方法であれば、完全な構造認定を提供するのみならず、ねじれ角及び巻きに対する詳細な折り畳み構造情報も提供可能である。
【０１４８】
二つ目として、ＰＦＳＣ方法は、ＰＢ及びＳＳＢ方法と同じく、ねじれ角及び巻き構造に対して完全な描写を提供する。総じて、構造特徴のアラインメント性から見れば、ＰＦＳＣ方法により取得された構造認定は、ＳＳＢの結果に、より一致している。例えば、４ＢＬＭのアミノ酸セグメント［４９−５７］、［９１−１１０］、［１５３−１６９］、［２１２−２２２］及び［２６６−２７８］のβ−折り畳み片特徴は、ＰＦＳＣ方法とＳＳＢ方法とでは一致している。ＰＢ方法とＰＦＳＣ方法とにより取得された構造特徴は、例えば、１Ａ３２のセグメント［１２−２４］及び［４３−５１］にみられるように、似てはいるものの、構造特徴の相対位置は少し変化している。
【０１４９】
三つ目として、ＰＦＳＣ方法は、蛋白質折り畳み構造のベクトル描写も提供可能である。ベクトル付与を伴うＰＦＳＣ（ＰＦＳＣＶ）方法は、折り畳み形状の特徴及び変化を表現可能である。ＰＦＳＣＶは、ＰＦＳＣ文字描写の補足であり、構造認定の詳細を示す。例えば、表７−１、表７−２及び表７−３に示される蛋白質１Ａ３２のセグメント［１２−２４］に対して、ＰＤＢデ−タ作者による結果も、ＤＳＳＰ及びＳＴＲＩＤＥ方法も、詳細な描写をなし得なかったが、ＰＢ方法は、詳細な結果“ｍｍｇｃｅｈｉｏｐａｆｋｌ”を提出している。そして、ＰＦＳＣ方法は、当該セグメントのＰＦＳＣ文字描写“ＡＪＶＰＹＨＢＢＶＪＶＡ”のみではなく、ＰＦＳＣＶベクトル描写“α−αα−αα−ββ−αα−＊＊−αα−αβ−ββ−ββ−αα−ββ−αα−α”をも提供する。ここで、ＰＦＳＣの結果は、当該セグメントの内部に短く非典型的なβ−折り畳みが存在していることを示し、これは表３に示されるＰＳＥＡ、ＤＥＦＩＮＥ及びＰＢ等の方法による結果と一致している。蛋白質４ＢＬＭ−鎖Ａのセグメント［９１−１１０］に対しては、ＰＦＳＣの結果は、全てのｇａｐを埋めるのみでなく、ＰＦＳＣ文字描写“ＡＡＨＢＢＢＢＷＹＡＡＪＷＹＪＢＶＤＡＡ”及びベクトル描写“α−αα−αα−αβ−ββ−ββ−ββ−α＊−αα−α−αα−ββ−α＊−αα−ββ−ββ−αα−αα−αα−α”をも提出する。ＤＳＳＰ、ＳＴＲＩＤＥ及びＳＳＢ等の方法と同じく、ＰＦＳＣ方法の結果は、当該セグメントが短いβ−折り畳み片及び短いα−螺旋を含むことを示したが、ＰＦＳＣＶの結果は、当該短いβ−折り畳み片、α−螺旋及び巻きが、当該不規則なセグメントでどのように連結するかを、詳細に示した。これらの例は、ＰＦＳＣ方法が複雑な蛋白質セグメントを完全に描写可能であり、その中のねじれ角及び巻きの構造特徴を表現する能力を有することを示している。
【０１５０】
【表７−１】
2010517195.tif 000026
【０１５１】
【表７−２】
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【０１５２】
【表７−３】
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【０１５３】
＜ＰＦＳＣを利用した蛋白質の立体異性体分析＞
蛋白質の立体異性体は、蛋白質の折り畳みと折り畳みの変化の結果である。蛋白質の立体構造の分析は、各種条件の下での可能な蛋白質の折り畳み構造を研究でき、且つ疾病治療及び予防に関する蛋白質の錯誤折り畳み現象を鑑定できるので、非常に重要である。ＰＦＳＣ方法は、局部構造における折り畳みの特徴を詳細に表現できるため、強力な蛋白質立体構造分析ツ−ルである。従来、蛋白質の立体異性体に対する比較は、全ての３Ｄ構造を重ね合わせ、平均二乗根誤差（ｒｍｓｄ）を取得し、これを数値測量の結果とするものである。しかし、ＰＦＳＣ方法であれば、ベクトルを蛋白質骨組みの折り畳み形状に付与可能であり、取得された折り畳みコ−ドをアラインメントし、立体異性体の分析を実現する。
【０１５４】
大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）グルタレドキシンを含む（ＰＤＢコ−ド：１ＥＧＯ、参考文献：Ｘｉａ  ＴＨ，  Ｂｕｓｈｗｅｌｌｅｒ  ＪＨ，  Ｓｏｄａｎｏ  Ｐ，  Ｂｉｌｌｅｔｅｒ  Ｍ，  Ｂｊｏｒｎｂｇｅｒ  Ｏ，  Ｈｏｌｍｇｒｅｎ  Ａ，  Ｗｕｔｈｒｉｃｈ  Ｋ．  ＮＭＲ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ｏｘｉｄｉｚｅｄ  Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ  ｇｌｕｔａｒｅｄｏｘｉｎ：  Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｗｉｔｈ  ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｅ．  ｃｏｌｉ  ｇｌｕｔａｒｅｄｏｘｉｎ  ａｎｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ  ｒｅｌａｔｅｄ  ｐｒｏｔｅｉｎｓ．  Ｐｒｏｔ．  Ｓｃｉ．  １９９２；１：３１０−３２１）２０個の立体異性体のデ−タ集合に対して、ＰＦＳＣ方法を利用して、分析を行った。１ＥＧＯの当該２０個の立体異性体は、水溶液で行った核磁気共鳴分光によるデ−タである。蛋白質構造１ＥＧＯは、一つの四折り畳みβ−シ−ト及び三つのα−螺旋により構成される。ポリペプチド骨組み上、異なる重原子（窒素原子、α−炭素原子及びカルボキシル炭素原子）により当該２０個の立体異性体各自の立体構造から、平均座標に転換された平均二乗根誤差（ｒｍｓｄ）は、約１．１Åである。１ＥＧＯの当該２０個の立体異性体におけるα−炭素原子骨組みの重ね合わせを、図８に示す。
【０１５５】
１ＥＧＯの当該２０個の立体異性体は類似であり、それらの区別は、ただ局部の折り畳み形状の些細な相違だけである。蛋白質の各立体異性体を上手に比較するためには、構造認定は、精確に局部の構造セグメントを表現しなければならず、それと同時に、些細な相違をも鋭敏に区別しなければならい。１ＥＧＯの２０個の立体異性体における折り畳み構造のアラインメント結果は、表８に示される。
表８は、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）グルタレドキシン（ＰＤＢコ−ドは１ＥＧＯ）の酸化状態の２０個の立体異性体形態に対するＰＦＳＣ方法を利用した分析結果を示す表である。
表８において、左の列は２０個の立体異性体を示す記号であり、一番上の行は、そのアミノ酸序列（ＳＥＱ）である。
ＰＦＳＣ方法を利用すれば、蛋白質の折り畳み形状のアラインメント結果が、これらの立体異性体の類似性及び非類似性を反映可能である。
【０１５６】
＜立体構造の類似性＞
表８の結果は、１ＥＧＯの２０個の立体異性体に対する八つの構造モチ−フが、全く同一のＰＦＳＣベクトル番号を持つことを示している。当該八つのセグメントの中、序列［３−５］、［１３−２５］、［３２−４０］、［４３］、［４６−５０］、［６１−６４］、［７３−７９］及び［８１］は、類似の構造折り畳みを有するが、２０個の立体異性体における他の残り部分のＰＦＳＣベクトル番号は異なる。しかし、幾つかの異性体の残り部分には、一定程度の類似性が残されている。ＰＦＳＣに対する描写の分析を通じて、詳しい状況を把握する。
【０１５７】
＜立体構造の非類似性＞
２０個の立体異性体に対して、全て同じＰＦＳＣベクトル番号認定を持たない部分は、１ＥＧＯの２０個の立体異性体における非類似性に関する情報を含んでいる。先ず、当該２０個の立体異性体を組み分けして、一部の非類似性を解析する。例えば、セグメント［２６−３１］は、２０個の立体異性体に対して、全て同じＰＦＳＣベクトル認定を持たないが、幾つかの立体異性体の中には、同じ構造認定が存在する。五つの組がセグメント［２６−３１］に対応する。立体異性体１、２、８、１４、１８及び２０からなる組には、全て、ＰＦＳＣベクトル“ＡＡＪＶＡＪ”が存在する。同じく、立体異性体３及び６の組には、“ＡＤＪＶＨＪ”が有り、４、７及び９の組には、“ＡＡＡＡＢ”が有り、１０及び１５の組には、“ＡＡＪＶＡＢ”が有り、１１及び１７の組には、“ＡＡＡＡＪＢ”が有る。立体異性体５、１２、１３、１６及び１９は、いずれの組にも属していないので、これらの当該序列セグメントにおける折り畳み形状は、他の立体異性体とは異なる。序列［２６−３１］のセグメントに対しては、同じ組の立体異性体が類似性を有するが、非類似性も組み分けにより区別される。
【０１５８】
次に、一つのアミノ酸セグメントをより短いスライスに分割して、幾つかの非類似性について更に解析する。例えば、セグメント［６−１２］は、２０個の立体異性体に対して直接組み分けできないので、より変化多端である。それを短スライスに分割すると、一部の立体異性体には、幾つかの端スライスに類似性が見られる。セグメント［６−８］の短スライスに対しては、立体異性体２及び５が同じ短スライス“ＢＢＷ”を有し、１０及び１６が“ＢＨＨ”を有し、１１、１３及び１７が“ＢＢＨ”を有する。セグメント［９−１２］の短スライスに対しては、立体異性体１０及び２０が“ＳＢＡ”を有し、５、１２、１３、１７及び１８が“ＡＪＶ”を有する。セグメント［６−１２］に対しては、２０個の立体異性体には、全く同じ対が無いが、ＰＦＳＣ方法は、依然として、アミノ酸セグメント内部の類似性及び非類似性を詳細に表現可能である。これらの結果は、ＰＦＳＣ方法が蛋白質の折り畳み認定をアラインメントでき、詳細に蛋白質の立体構造を比較できることを示している。
【０１５９】
＜立体構造分析ツ−ル＞
構造重ね合わせ方法を利用して、１ＥＧＯの２０個の立体異性体における３Ｄ構造を比較するために、重ね合わせを行い、平均二乗根誤差（ｒｍｓｄ）を、全体の評価値とする。ＰＦＳＣ方法は、蛋白質の立体構造分析の補充ツ−ルとなることができる。ＰＦＳＣ描写を通じて、全ての立体異性体が、一次元アルファベットのアラインメントにより比較可能である。従って、蛋白質内部の局部折り畳み構造間の相違性を発見可能である。ＰＦＳＣは、蛋白質の立体構造の分析を補助し、実験デ−タや計算による動的シミュレ−ションの結果に対しても、非常に重要な役目を担っている。
【０１６０】
【表８】
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【０１６１】
＜検討＞
二十七個のＰＦＳＣベクトルが、数学的方法により取得され、封鎖空間を系統的にカバ−できる。一：ＰＦＳＣが形状対象に対して一般的な意義を所有し、これらのベクトルが蛋白質の折り畳みの描写に十分に適用できる。特定のＰＦＳＣ空間区域及びＰＦＳＣ文字が、各タイプの蛋白質二次構造と関連付けられる。他の方法による構造認定の結果とも、ほぼ一致することが示された。二：特定の蛋白質の３Ｄ座標に対して、二十七個のＰＦＳＣベクトルは、蛋白質の骨組みに沿った折り畳み形状及び折り畳み変化を、完全に描写できる。当該特徴を用いて、二十七個のＰＦＳＣ文字は、蛋白質構造の比較を促す有用な数字描写を提供する。三：ベクトルの特徴を利用して、二十七個のＰＦＳＣベクトルの空間における組み合わせが、蛋白質の折り畳み形状の描写に優位があることを示し、即ち、実際に意味のある蛋白質構造の認定を提供する。
【０１６２】
＜ＰＦＳＣベクトルの特徴＞
ＰＦＳＣベクトルの相関図：二十七個のＰＦＳＣベクトル集合は、ランダムな蛋白質折り畳みパタンの組み合わせではなく、三つのベクトル成分（二つの二面角及び一つの伸展距離）の分布により、系統的に配列された結果である。図６における二十七個のＰＦＳＣベクトルの配列が実際に相関図であり、異なる方向における相関性が見られる。これらのベクトルが、水平層、垂直層或いは周囲の隣接関係により、互いに相関していることが、図６により分かる。これらのベクトルの相関により、蛋白質の構造認定を良く解釈できる。
【０１６３】
ＰＦＳＣのベクトル特徴：二十七個のＰＦＳＣベクトルの特徴が、図五に定義され、表１に纏められている。図６は、これらの全体の関係を示している。２７個のＰＦＳＣ文字を除いて、ＰＦＳＣにより取得されたベクトルの特徴は、ＰＦＳＣベクトル（ＰＦＳＣＶ）の一つのエキストラ格式により表示することも出来る。当該二十七個のＰＦＳＣベクトルは、これらがどのように組み合わさって構造認定されるのかを表現可能であり、詳細な構造情報を提供して、蛋白質の構造を分析及び比較する。
【０１６４】
ＰＦＳＣベクトルの連結：蛋白質構造の認定は、ＰＦＳＣベクトルの連結により解明できる。構造認定をする際には、連結した二つのベクトルは四つのα−炭素原子を共有し、各ベクトルが各端部に一つのα−炭素原子を残している。中央の共有された四つのα−炭素原子には、ベクトルを連結する役目が有る。構造認定の体系が、ベクトルを順次連結させる。しかしながら、一つのベクトルのＣ−末端は、必ず次のベクトルのＮ−末端と連結する。そのうえ、二つのベクトルの連結は、適切な折り畳み形状を使うことにより簡単になる。当該２７個のＰＦＳＣ折り畳み形状パタンは、ベクトルである矢印により表され、矢印の両端が、Ｎ−末端或いはＣ−末端を表す。例えば、ベクトル“Ａ”は“α−α”を表し、“Ｂ”は“β−β”を表し、“Ｊ”は“α−β”表し、“Ｖ”は“β−α”を表し、“Ｐ”は“α−＊”を表し、“Ｃ”は“＊−＊”を表す。これにより、図５に示される二十七個のＰＦＳＣベクトルの全てが得られる。折り畳み形状の特徴は、矢印の両端に繋がる。α−螺旋或いはβ−折り畳み片の規則的な二次構造は、同じ折り畳みパタンに、蛋白質骨組みにおける次のα−炭素原子への延伸を要求するので、ベクトルの両端には同じ折り畳み特徴が必要とされる。ベクトル“Ｈ”、“Ａ”及び“Ｄ”がＮ−末端及びＣ−末端の両方にα−螺旋を有するので、これらはα−螺旋の候補になれる。ベクトル“Ｅ”、“Ｂ”及び“Ｇ”はＮ−末端及びＣ−末端の両方にβ−折り畳み片を有するので、これらはβ−折り畳み片の候補になれる。適切な伸展距離を利用することにより、ベクトル“Ａ”は典型的なα−螺旋を表し、ベクトル“Ｂ”は典型的なβ−折り畳み片を表す。平滑な構造転移を実現するためには、二つのベクトルの連結は、同じ折り畳み形状特徴を共有すべきであり、即ち、連結した二つのベクトル間は、“−αα−”、“−ββ−”或いは“−＊＊−”という形式で構成される。従って、ベクトル“Ｖ”はＣ−末端においてα−螺旋をベクトル“Ａ”と連結させ、ベクトル“Ｊ”はＮ−末端においてα−螺旋をベクトル“Ａ”に連結させた方が良い。もしも不規則な連結、例えば“−α＊−”、“−β＊−”或いは“−αβ−”が出現した場合、構造転移は急激になる。尚、ベクトル連結は、終端二次構造の認定を解釈できる。言うまでもなく、ベクトル連結が構造認定の理解に補充解釈を提供できる。ベクトル連結により提供された情報に基づいて、蛋白質の活性点を識別することが可能になり、蛋白質及びペプタイドの構造設計の助けとなることができる。
【０１６５】
ＰＦＳＣベクトルの不規則な巻き及びねじれ角への運用：蛋白質構造に対して完全な描写は出来るものの、不規則な巻き、絡まり及びねじれ角がどのように形成するのかを解釈することは未だ困難である。二十七個のＰＦＳＣベクトルを利用することにより、不規則な巻き及びねじれ角が生じる原因が、二つあることが分かった。先ず、不規則なセグメントは、二十七個のＰＦＳＣベクトルの中、不規則な折り畳み特徴を有する幾つかのベクトルにより形成される。図５において、矢印の末端に“＊”標記があるベクトルである。１５個のベクトルが、不規則な折り畳み特徴標示“＊”を有し、それらは“Ｘ，Ｒ，Ｆ，Ｌ，Ｏ，Ｙ，Ｓ，Ｃ，Ｍ，Ｐ，Ｚ，Ｔ，＄，Ｎ，Ｑ”である。特に、これらのベクトルが連結し、且つ構造認定において出現する際には、不規則な巻き及び絡まりが引き起こされる。そして、たとえα−螺旋及びβ−折り畳み片の折り畳み特徴を有する場合も、不規則なセグメントが、ＰＦＳＣベクトルの任意の一組が連結することにより形成される。二つのベクトルが類似する折り畳み形状特徴で連結しない場合、連結に際して急激な転移が起こり、例えば、ベクトル“Ａ”は、“α−αβ−β”の形で、ベクトル“Ｂ”と直接連結する。ベクトル“Ｖ”は、Ｎ−末端において“α−αβ−α”の形で、“Ａ”と連結する。また、ベクトル“Ｊ”は、Ｃ−末端において“α−βα−α”の形で、“Ａ”と連結する。従って、二十七個のＰＦＳＣベクトルを利用することにより、不規則な巻き及びねじれ角を分析及び探測することができるようになる。
【０１６６】
要するに、ＰＦＳＣ方法の二十七個のベクトルは、蛋白質の局部構造に対する折り畳みパタンのプロトタイプであるのみではなく、明確な空間方向を持ち、蛋白質の折り畳み描写を行ベクトルでもある。また、二十七個のＰＦＳＣベクトルの相関が、蛋白質の折り畳み構造の認定において、非常に重要な役割を果たす。
【０１６７】
＜ベクトルの数＞
本発明に係るＰＦＳＣベクトルは、実際には一つの連続封鎖空間から導き出される。当該空間は、本来は無数のベクトルを含んでいたが、分割されたため、二十七個のＰＦＳＣベクトルが取得され、各ベクトルが特定の折り畳み形状パタンを表すこととなる。一般的には、折り畳み形状パタンの数が増加すれば、折り畳みの描写能力が上がるが、分析体系も複雑になる。より多くのα−炭素原子を含み、或いはより多くの分割成分を設定することにより、ＰＦＳＣベクトルを改善し、折り畳み形状パタンの数を増やすことができる。例えば、同じ空間分割の方式では、連続した６、７或いは８のα−炭素原子が、それぞれ８１、２４３或いは７２９個の折り畳み空間パタンを有する。より多くの折り畳みパタンを更に簡単に取得する方法は、連続した二つのＰＦＳＣベクトルを組み合わせることである。ＰＦＳＣ法では、連続した六つのα−炭素原子を含む二つの連結したＰＦＳＣベクトルが、７２９個の折り畳みモチ−フパタン或いはベクトルを形成できる。当該方式では、可能な折り畳み形状パタンの総数は、ｎをα−炭素原子の総数として、２７（ｎ−４）となる。折り畳み形状パタンの数を増やすことは可能であるが、複雑性が明らかに改善されない限り、その必要性は無い。本発明では、二十七個のＰＦＳＣベクトルにより、蛋白質の折り畳み構造に、既に非常に重要な描写結果を示している
【０１６８】
＜ベクトルの取り扱い＞
ＰＦＳＣ方法は、ＳＡＬＩＧＮ基準デ−タベ−スにより提供された蛋白質構造により検査を受けた。ＳＡＬＩＧＮ基準デ−タベ−スは、２００対の蛋白質に対するテスト集合であり、これらの蛋白質の各対は、平均的に２０パ−セントの序列同一性及び平均二乗根誤差（ｒｍｓｄ）が３．５Å以下で重ね合わせられたα−炭素原子の等価構造の６５パ−セントを有する。ＳＡＬＩＧＮ基準デ−タベ−スの２６８個の蛋白質鎖におけるＰＦＳＣベクトルの出現頻度は、図９に示される。図９において、横軸は二十七個のＰＦＳＣベクトルに対応し、縦軸上の数字は、ＳＡＬＩＧＮ規準デ−タベ−スにおける２６８個の蛋白質鎖ＰＦＳＣベクトルの出現頻度を表示している。先ず、当該結果は、以下の事実と一致している。即ち、二十七個のＰＦＳＣベクトルが、よくある或いはめったにない折り畳みタイプを含み、全ての可能な折り畳み形状を総括的に描写すべく設計されている。そして、二十七個のＰＦＳＣベクトルは、等比重で形成されるが、取り扱いは異なる。二十七個のベクトルの中、大部分が２６８個の蛋白質鎖に使用されたことを示したが、デ−タによると、α−螺旋及びβ−折り畳み片に使用されたベクトルにおいて、ベクトル“Ａ”及び“Ｂ”の出現回数は、それぞれ３８２７４及び２０３６１で一番多いことが分かる。総じて、α−螺旋及びβ−折り畳み片が、局部構造認定の６７パ−セントを占めている。観察によると、二次構造における三つの相似ベクトル“Ｖ”、“Ｊ”及び“Ｈ”の出現回数は、それぞれ７１７６、６６９７及び３８８８で、比較的多く、局部構造認定の約２１パ−セントを占めている。四つのベクトル“Ｗ”、“Ｓ”、“Ｙ”及び“Ｐ”の出現回数も１０００を超え、比較的多く、構造認定の約９パ−セントを占めている。八つのベクトル“Ｄ”、“Ｚ”、“Ｃ”、“Ｑ”、“Ｉ”、“＄”、“Ｕ”及び“Ｒ”の出現回数は１００を超える。ベクトル“Ｍ”の出現回数は０であり、即ち使用されたことが無い。他の九つのベクトルの出現頻度は非常に低い。要するに、二十七個のベクトルの中、“Ａ”、“Ｂ”、“Ｖ”、“Ｊ”、“Ｈ”、“Ｗ”、“Ｓ”、“Ｙ”及び“Ｐ”の九つが、局部構造認定の９７パ−セントを占めている。蛋白質構造の本質に基づく制限があるため、各ベクトルがあまり使用されないことは、驚くべきことではない。しかし、全てのベクトルが完全な描写のために封鎖空間を占めて維持される。ＰＦＳＣベクトルの優位は、ＰＤＢデ−タベ−スでの数が４６０００を超える蛋白質に対し、連続した五つのα−炭素原子における何れの局部構造も、ＰＦＳＣ方法により取得された構造認定を有することである。
【０１６９】
図９に示されている二十七個のベクトルの出現頻度は、図６に明確に写像できる。α−螺旋及びβ−折り畳み片を表示するベクトル“Ａ”及び“Ｂ”並びに周囲の相似ベクトル“Ｖ”、“Ｊ”及び“Ｈ”は、構造認定に出現する頻度が高く、図６において、これらは右上角に集まっている。中間の一層にある多数のベクトル及び“Ｈ”、“Ａ”及び“Ｄ”を取り巻く多数のベクトルの出現頻度は、高いということが明らかである。図６に写像された当該分布は、蛋白質構造の本質を反映している。即ち、局部構造認定の大部分は、蛋白質骨組みの優先選択により形成され、つまり、水素結合パタン及び３Ｄ空間制限条件等である。
【０１７０】
＜ＰＦＳＣの応用＞
ＰＦＳＣ方法は、簡易化されたツ−ルとして、蛋白質折り畳み形状の描写に応用される。ＰＦＳＣは、一元アルファベット文字列を用いて、折り畳み形状の３Ｄ本質を解釈し、以下のメリットを有する、一：蛋白質の不規則な構造を容易にトレ−ス及び探測できる。二：蛋白質の線形なアミノ酸序列をアラインメントすることにより、蛋白質の連続した五つのα−炭素原子毎に、折り畳み形状を理解することが可能になる。
【０１７１】
ＰＦＳＣ方法は、蛋白質のα−炭素原子骨組みに沿って、二次構造から三次構造までの折り畳み形状のを、完全且つ連続的に描写し、また、３Ｄ構造を持つ如何なる蛋白質をも、ＰＦＳＣにより描写可能とする。
【０１７２】
ＰＦＳＣ方法は、蛋白質３Ｄ構造を比較可能であり、局部及び全体の類似性と非類似性とを明らかにする。折り畳み構造アラインメントを利用することにより、ＰＦＳＣは、蛋白質群の類似性に対して採点を行うので、ＰＦＳＣの結果は、蛋白質構造予測に使用される参考蛋白質或いはセグメントの品質を改善する。
【０１７３】
ＰＦＳＣ方法は、あらゆる３Ｄ蛋白質構造の認定を、文字列として、デ−タベ−スに保存する。更に、連続した五つのアミノ酸序列と折り畳み構造特徴との関係が、通用デ−タベ−スを構成可能であり、アミノ酸序列及び折り畳み構造関係の遺伝子組学研究に利用される。
【０１７４】
ＰＦＳＣベクトル認定（ＰＦＳＣＶ）は、蛋白質の折り畳み形状の特徴及び変化の構造認定を詳細に描写する方法である。蛋白質のα−炭素原子の骨組みに沿った折り畳み形状をベ−スとして、アクセシブル蛋白表面コ−ド（ＡＰＳＣ）方法を発展させて、蛋白質表面及び腔を評価する。蛋白質の骨組みに沿ったアミノ酸の様々な性質に基づき、ＰＦＳＣＶ及びＡＰＳＣをアラインメントすることにより、蛋白質の活性位置を予測可能であり、活性位置は、薬物設計と、蛋白質及びポリペプチドの研究とにおいて、非常に意義が有る。また、蛋白質の相互作用も予測できる。ここで、蛋白質１ＤＯＩの分析結果を見る。
【０１７５】
図１０は、蛋白質１ＤＯＩのＡＰＳＣ結果を示す図である。
図１０において、ＡＰＳＣは半径７．０Åの球体により取得され、縦座標７、８、９は球面の外側に向かう突起部分を表し、４、５、６は球体表面を表示する。また、２、３は球面の内側を表示し、０、１は非アクセシブル区域を表す。
図１１は、１ＤＯＩの蛋白質構造のスクリ−ンショットである。
図１１において、矢印は、半径７．０Åの球体表面の突起部分の位置、即ち蛋白質表面の残基を表示している。
表９は、蛋白質１ＤＯＩアミノ酸［５０−７５］セグメントのアミノ酸序列、ＰＦＳＣ、ＰＦＳＣＶ、ＡＰＳＣ及びアミノ酸親水性のアラインメント配列である。
表９において、“ＰＦＳＣ”は、ＰＦＳＣに対応し、“ＰＦＳＣＶ”はＰＦＳＣベクトル認定に対応する。また、“ＡＰＳＣ”は、アクセシブル蛋白質表面コ−ドに対応しており、その数字が大きければ大きい程、ある寸法の探測球体に対する蛋白質のアクセシブル表面が多くなる。ＡＰＳＣにより、これらは異なる区域に近似的に分割される。数字９、８及び７は凸突起部分に対応し、６、５及び４は扁平区域を示す。４、３及び２はポケット部分であり、１及び０は非アクセシブル区域を表す。このＡＰＳＣ結果は、半径７．０Åの球体により取得された。
【０１７６】
これらの結果によると、［５９−６０］セグメントには、不平滑なベクトル連結β−α＊−βがあり、且つ残基５９を巡って、一つのポケット空間が存在している。また、アミノ酸の性質も、序列にアラインメントを行った。これらの全ての情報は、蛋白質の活性位置を分析及び予測することに役に立つ。
【０１７７】
【表９】
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【０１７８】
ＰＦＳＣ方法は、蛋白質構造の折り畳みが重大な役割を演じる幾つかの生物現象を理解可能とする（Ｐｉｅｔｚｓｃｈ，  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｆｏｌｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｉｓｅａｓｅ，  Ｈｏｒｉｚｏｎ  Ｓｙｍｐｏｓｉａ，  Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ３−５，  ２００２を参照する）。蛋白質構造における折り畳みの錯誤による疾病は、主に二種類に分けられる。（ａ）錯誤折り畳み蛋白質の数量の過多に関する疾病、例えば老人性痴呆症（Ａｌｚｈｅｉｍｅｒ症）。（ｂ）基因錯誤による蛋白質の不完全な折り畳みに関する疾病、例えば癌の中のｐ５３蛋白質。ＰＦＳＣ方法は、Ｘ線結晶構造解析或いは核磁気共鳴分光により取得された実験デ−タの解釈に使用でき、また、（１）これらの疾病に関する異なる実験デ−タの総合的な視点を提供する。（２）これらの疾病に関する蛋白質錯誤折り畳みの発生を検出する。（３）これらの病気に対する治療法の設計に役立つ。従って、ＰＦＳＣ方法は、例えば神経変性病、新陳代謝病、遺伝病、及び癌や老衰に関わる疾病等、蛋白質折り畳み現象に関わる疾病に対して非常に役に立つ。
【０１７９】
本発明に基づき、ＰＦＳＣ方法は、蛋白質折り畳み或いは錯誤折り畳みに関連する疾病の研究に適用可能である。その方法は、蛋白質折り畳み形状通用統計映像（ＵＰＦＳＭ）を作成し、個別な蛋白質或いは一組の蛋白質の折り畳み形状情報を示すプラットフォ−ムとすることである。ＵＰＦＳＭは、複雑な蛋白質折り畳み形状を簡易に描写可能であり、且つ詳細に折り畳み属性を示す。ＵＰＦＳＭは、異なるデ−タを調べることに対し、独特且つ不変なアプロ−チを提供し、老人性痴呆病及び他の病気に対して、全ての蛋白質折り畳みデ−タの研究に非常に役に立つ。
【０１８０】
ＵＰＦＳＭは、二つの要素を含む：アラインメント部分及び分布部分である。アラインメント部分は、ＰＦＳＣを蛋白質序列に沿って一連のコ−ドとして示す。ＵＰＦＳＭは、複雑な３Ｄ構造を一次元文字列に解釈し、複数の立体異性体の比較を単純化する。同じ蛋白質の複数の立体異性体を含む類似蛋白質構造を分析する場合、従来のアプロ−チでは、異なる構造或いは立体異性体を比較する際に、これらの全ての３Ｄ構造を重ね合わせ、平均二乗根偏差（ｒｍｓｄ）を計算する。この場合、各構造がどのように識別されるかを、視覚化することは、難しい。対照的に、ＵＰＦＳＭのアラインメント部分は、複数の構造及び立体異性体を分析する新たなアプロ−チを提供する。ＵＰＦＳＭのアラインメント部分が蛋白質序列に沿った全てのＰＦＳＣに対してアラインメントを行うので、人為的にセグメントの長さ及び位置を選択して重視することが避けられる。更に、重ね合わせデ−タの混同を避けることにより、ＵＰＦＳＭは、構造及び立体異性体間の類似性或いは非類似性を簡単且つ総括的に判定できる。従って、ＵＰＳＦＭのアラインメント部分は、蛋白質の比較及び立体構造の分析を行なう強力なツ−ルとなる。
【０１８１】
ＵＰＦＳＭの分布部分は、蛋白質の立体構造を分析するための新しいアプロ−チを提供することにある。この分布部分は、蛋白質序列を水平に示し、二十七個のＰＦＳＣベクトルを垂直に示す。特定の蛋白質構造に対して、分布部分が蛋白質序列のＰＦＳＣを認定するので、分布写像は複雑な３Ｄ折り畳み形状を比較的簡単なＰＦＳＣ二次元分布写像に変換する。分布部分は、一つの立体異性体、一組の立体異性体集合、或いは蛋白質或又は立体異性体の複数の集合を示すことができる。
【０１８２】
ＵＰＦＳＭ方法は、アルツハイマ−病アミロイド蛋白β−ペプタイド（１−４２）ポリペプチドの錯誤折り畳みを分析するための新たなアプロ−チを提供する。アミロイド蛋白は、溶解しない繊維蛋白重合体であり、老人性痴呆症（アルツハイマ−病）及び他の疾病を引き起こす要因となる。β−折り畳み片がどのようにアミロイド蛋白の中に形成するのかをよりよく理解するため、アミロイド蛋白の周囲で多種の影響がある溶剤或いは環境を作り、且つ、核磁気共鳴分光により関係する折り畳み構造を精確に測定した。アミロイド蛋白ペプタイドの１個の立体構造を描写することが難しいのみならず、同一の或いは異なる条件でこれらの構造を比較することも困難である。蛋白質１ｚ０ｑの構造は、ヘキサフルオロイソプロピルアルコ−ル（ＨＦＩＰ）／水３０：７０（ｖ／ｖ）の混合水溶液中において３０個立体異性体の結果であり、蛋白質構造１ｉｙｔはＨＦＩＰ／水８０：２０（ｖ／ｖ）の混合水溶液中において１０個立体異性体の結果である。これらの３Ｄ構造は、核磁気共鳴分光により確定される。ここでは、ＵＰＦＳＭが折り畳み構造を分析する強力なツ−ルであることを示す。図１２、図１３及び図１４に、詳細な解釈が見られる。
【０１８３】
図１２は、老人性痴呆症を引き起こすアミロイド蛋白（１−４２）ポリペプチドの立体異性体の重なりを示す図である。
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、ＰＤＢコ−ドが１ｚ０ｑである蛋白質の帯状図及び炭素骨組み図であり、図１２（Ｃ）及び図１２（Ｄ）は、１ｉｙｔの蛋白質の帯状図及び炭素骨組み図である。３Ｄ構造は、核磁気共鳴分光により確定される。１ｚ０ｑの構造は、フルオロイソプロピルアルコ−ル（ＨＦＩＰ）／水３０：７０（体積比率）の混合水溶液と３０個の立体異性体とを混ぜた結果であり、１ｉｙｔの構造は、ＨＦＩＰ／水８０：２０（体積比率）の混合水溶液と１０個の立体異性体とを混ぜた結果である。
図１３は、蛋白質１ｚ０ｑの３０個の立体異性体のＵＰＦＳＭを示す図である。
ＵＰＦＳＭは、蛋白質１ｚ０ｑがＨＦＩＰ／水３０：７０（体積比率）の混合水溶液における３０個の立体異性体のＰＦＳＣベクトルの分布を示す。
図１４は、蛋白質１ｉｙｔの３０個の立体異性体のＵＰＦＳＭを示す図である。
ＵＰＦＳＭは、蛋白質１ｙｉｔがＨＦＩＰ／水８０：２０（体積比率）の混合水溶液における３０個の立体異性体のＰＦＳＣベクトルの分布を示す。
【０１８４】
ＵＰＳＦＭを通じて、図１３及び図１４に示されるように、錯誤折り畳みの構造特徴が見られる。また、異なる実験における折り畳み特徴の違いが、図１３及び図１４により明らかになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【国際調査報告】
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