(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力ステップと、
該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定ステップと、
上記ステップで入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記ステップで指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定ステップと、
上記ステップで特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列をタンパク質分子科学の知見を基に予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測ステップと、
上記ステップで予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定ステップと、
上記ステップで選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計ステップと、
から構成されることを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法であって、
前記変異対象部位指定ステップがさらに、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測ステップと、
上記ステップで予測された部分セグメントをタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定ステップと、
を備え、
前記変異対象部位指定ステップにおいて変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定ステップにより選定された変異対象部位から指定する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項２】
目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力ステップと、
該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定ステップと、
上記ステップで入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記ステップで指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定ステップと、
上記ステップで特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列をタンパク質分子科学の知見を基に予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測ステップと、
上記ステップで予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定ステップと、
上記ステップで選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計ステップと、
から構成されることを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法であって、
前記変異対象部位指定ステップがさらに、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測ステップと、
上記ステップで予測されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定ステップと、
を備え、
前記変異対象部位指定ステップにおいて変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定ステップにより選定された変異対象部位から指定する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項３】
目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力ステップと、
該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定ステップと、
上記ステップで入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記ステップで指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定ステップと、
上記ステップで特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列をタンパク質分子科学の知見を基に予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測ステップと、
上記ステップで予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定ステップと、
上記ステップで選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計ステップと、
から構成されることを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法であって、
前記変異対象部位指定ステップがさらに、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測ステップと、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測ステップと、
上記安定化部分セグメント予測ステップの出力と上記弱相互作用アミノ酸残基予測ステップの出力を統合する統合ステップと、
上記統合ステップで統合されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定ステップと、
を備え、
前記変異対象部位指定ステップにおいて変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定ステップにより選定された変異対象部位から指定する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、
部分セグメント主鎖コンフォメーション特定ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される主鎖の二面角（φ角、ψ角、ω角）をパラメータとして利用する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、
安定形成アミノ酸配列予測ステップまたは置換後アミノ酸残基選定ステップは、タンパク質局所構造データベースを検索して得ることができる位置特異的スコア行列または交換の好ましさをパラメータとして利用する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、
安定形成アミノ酸配列予測ステップまたは置換後アミノ酸残基選定ステップは、主鎖コンフォメーションが類似した部分セグメントの統計を利用する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項７】
請求項１または３に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、
前記安定化部分セグメント予測ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出されるコンタクト原子数または局所コンタクト数密度または局所コンタクト指数をパラメータとして利用する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項８】
請求項１または３に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、
前記安定化部分セグメント予測ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項９】
請求項２または３に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、
前記弱相互作用アミノ酸残基予測ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される非局所コンタクト原子数または非局所コンタクト指数をパラメータとして利用する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項１０】
請求項２または３に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、
前記弱相互作用アミノ酸残基予測ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項１１】
請求項３に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、
前記統合ステップは、
該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される局所コンタクト指数と非局所コンタクト指数の積である変異適性指数をパラメータとして利用する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、
前記統合ステップは、
該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法。
【請求項１３】
目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段と、
該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定手段と、
上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段と、
上記手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列をタンパク質分子科学の知見を基に予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測手段と、
上記手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定手段と、
上記手段で選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計手段と、
から構成されることを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置であって、
前記変異対象部位指定手段がさらに、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測手段と、
上記手段で予測された部分セグメントをタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段と、
を備え、
前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項１４】
目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段と、
該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定手段と、
上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段と、
上記手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列をタンパク質分子科学の知見を基に予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測手段と、
上記手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定手段と、
上記手段で選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計手段と、
から構成されることを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置であって、
前記変異対象部位指定手段がさらに、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測手段と、
上記手段で予測されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段と、
を備え、
前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項１５】
目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段と、
該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定手段と、
上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段と、
上記手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列をタンパク質分子科学の知見を基に予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測手段と、
上記手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定手段と、
上記手段で選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計手段と、
から構成されることを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置であって、
前記変異対象部位指定手段がさらに、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測手段と、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測手段と、
上記安定化部分セグメント予測手段の出力と上記弱相互作用アミノ酸残基予測手段の出力を統合する統合手段と、
上記統合手段で統合されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段と、
を備え、
前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、
部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される主鎖の二面角（φ角、ψ角、ω角）をパラメータとして利用する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、
安定形成アミノ酸配列予測手段または置換後アミノ酸残基選定手段は、タンパク質局所構造データベースを検索して得ることができる位置特異的スコア行列または交換の好ましさをパラメータとして利用する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項１８】
請求項１３〜１６のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、
安定形成アミノ酸配列予測手段または置換後アミノ酸残基選定手段は、主鎖コンフォメーションが類似した部分セグメントの統計を利用する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項１９】
請求項１３または１５に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、
前記安定化部分セグメント予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出されるコンタクト原子数または局所コンタクト数密度または局所コンタクト指数をパラメータとして利用する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項２０】
請求項１３または１５に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、
前記安定化部分セグメント予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項２１】
請求項１４または１５に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、
前記弱相互作用アミノ酸残基予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される非局所コンタクト原子数または非局所コンタクト指数をパラメータとして利用することを特徴とする、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項２２】
請求項１４または１５に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、
前記弱相互作用アミノ酸残基予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項２３】
請求項１５に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、
前記統合手段は、
該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される局所コンタクト指数と非局所コンタクト指数の積である変異適性指数をパラメータとして利用する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項２４】
請求項１５に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、
前記統合手段は、
該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価する、
ことを特徴とする変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置。
【請求項２５】
変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置をコンピュータにより構成するプログラムであって、
目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段と、
該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定手段と、
上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段と、
上記手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列をタンパク質分子科学の知見を基に予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測手段と、
上記手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定手段と、
上記手段で選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計手段、
としてコンピュータを機能させるプログラムであって、更に、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測手段と、
上記手段で予測された部分セグメントをタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段、
として機能させるサブプログラムを備え、
前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項２６】
変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置をコンピュータにより構成するプログラムであって、
目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段と、
該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定手段と、
上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段と、
上記手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列をタンパク質分子科学の知見を基に予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測手段と、
上記手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定手段と、
上記手段で選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計手段、
としてコンピュータを機能させるプログラムであって、更に、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測手段と、
上記手段で予測されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段、
として機能させるサブプログラムを備え、
前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項２７】
変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置をコンピュータにより構成するプログラムであって、
目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段と、
該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定手段と、
上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段と、
上記手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列をタンパク質分子科学の知見を基に予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測手段と、
上記手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定手段と、
上記手段で選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計手段、
としてコンピュータを機能させるプログラムであって、更に、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測手段と、
入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測手段と、
上記安定化部分セグメント予測手段の出力と上記弱相互作用アミノ酸残基予測手段の出力を統合する統合手段と、
上記統合手段で統合されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段、
として機能させるサブプログラムを備え、
前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項２８】
請求項２５〜２７のいずれかに記載のプログラムにおいて、
部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される主鎖の二面角（φ角、ψ角、ω角）をパラメータとして利用する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項２９】
請求項２５〜２８のいずれかに記載のプログラムにおいて、
安定形成アミノ酸配列予測手段または置換後アミノ酸残基選定手段は、タンパク質局所構造データベースを検索して得ることができる位置特異的スコア行列または交換の好ましさをパラメータとして利用する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項３０】
請求項２５〜２８のいずれかに記載のプログラムにおいて、
安定形成アミノ酸配列予測手段または置換後アミノ酸残基選定手段は、主鎖コンフォメーションが類似した部分セグメントの統計を利用する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項３１】
請求項２５または２７に記載のプログラムにおいて、
前記安定化部分セグメント予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出されるコンタクト原子数または局所コンタクト数密度または局所コンタクト指数をパラメータとして利用する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項３２】
請求項２５または２７に記載のプログラムにおいて、
前記安定化部分セグメント予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項３３】
請求項２６または２７に記載のプログラムにおいて、
前記弱相互作用アミノ酸残基予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される非局所コンタクト原子数または非局所コンタクト指数をパラメータとして利用することを特徴とする、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項３４】
請求項２６または２７に記載のプログラムにおいて、
前記弱相互作用アミノ酸残基予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項３５】
請求項２７に記載のプログラムにおいて、
前記統合手段は、
該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される局所コンタクト指数と非局所コンタクト指数の積である変異適性指数をパラメータとして利用する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項３６】
請求項２７に記載のプログラムにおいて、
前記統合手段は、
該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価する、
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、任意のタンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質より安定な新規な変異型タンパク質の配列を設計する変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種のゲノムプロジェクトの成果として、自然界に存在する野生型タンパク質のアミノ酸配列に関する莫大な情報を利用することが現在可能になっている。また、遺伝子工学を用いて、任意のアミノ酸配列を有するタンパク質を組替えタンパク質として生産することも可能になっている。したがって、野生型タンパク質のアミノ酸配列の一部のアミノ酸残基が置換された人工的なアミノ酸配列を有する変異型タンパク質を組替えタンパク質として生産することも現在は可能である。
【０００３】
遺伝子工学技術は任意のアミノ酸の置換を可能にし、タンパク質分子の構造・機能に果たす各位置のアミノ酸残基の役割に関する膨大な知識を我々にもたらし、この知識の理解と整理を基盤として、いくつかの研究が、現に、計画されたアミノ酸残基の置換により天然タンパク質の性質をより好ましい方向に合目的的に改変することが可能であることを示してきた。たとえば、古くはＭａｔｔｈｅｗｓらによる一連のＴ４リゾチームの安定化研究がある（非特許文献１参照）。また、自然界でまれに存在する左巻きらせん型構造を形成するタンパク質に対して、グリシン残基またはアスパラギン残基への置換が該タンパク質を安定化するとの発明がある（特許文献１）。しかし、多くの場合、安定性の向上は機能の低下をもたらす、または、機能の向上は安定性の低下をもたらすなど、改変には好まざる影響が伴うことが一般的で、複数の要求を同時に満足することは容易ではない。また、これまでの多くの研究は、特定の構造のみに対する方法で、任意の構造に対して有効な汎用な方法とはなっていない。
【０００４】
一方で、タンパク質の３次元的な立体構造に関しても急速に解析が進展しつつあり、主に自然界に存在する野生型タンパク質およびその組替えタンパク質を対象とした４万を超える立体構造原子座標データが公共データベースであるProtein Data Bank（PDB;http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do）から入手可能な状況になっており、この座標データのより有効で高度な活用も望まれている。
【特許文献１】特開平０５−３０８９６３号公報
【非特許文献１】Matsumura M., Signor G., and Matthews B. W. (1987) Substantial increase of protein stability by multiple disulphide bonds Nature, 342, 291-293.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、このような任意のタンパク質の立体構造原子座標データを利用することによって、該タンパク質の本来の機能を損なわず、かつ、該タンパク質に比べて、例えば、熱安定性、変性剤に対する化学的安定性、および蛋白分解酵素に対する耐性等のタンパク質分子の安定性が向上した変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法および変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は前記課題を解決するため、鋭意研究の結果、以下の（ａ）〜（ｇ）の知見を獲得し、さらに該知見を発展させて、タンパク質の立体構造原子座標データを用いることで、機能に与える不利益を最小限に留めつつ任意のタンパク質の安定性を高確度で向上させる方法を開発し、本発明を完成するに至ったものである。
【０００７】
（ａ）タンパク質分子には、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントが存在する。
（ｂ）配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメント内に変異箇所を設定することで、タンパク質分子全体に及ぼす不測の不利益を抑えつつタンパク質の構造安定性を向上させることが期待できる。
（ｃ）タンパク質分子には、配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が強いアミノ酸残基が存在する。
（ｄ）配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が強いアミノ酸残基を変異箇所から除外することで、タンパク質分子全体に及ぼす不測の不利益を抑えることが期待できる。
（ｅ）タンパク質分子の主鎖のコンフォメーションを形成する蓋然性が高いアミノ酸配列は、多数のタンパク質の局所構造の統計解析により推定することができる。
（ｆ）多数のタンパク質の局所構造の統計解析により導かれた人工的なアミノ酸配列は、特定の主鎖のコンフォメーションを自律的に形成する。
（ｇ）アミノ酸残基の置換において側鎖のサイズが大きく変わる場合は、タンパク質分子におけるアミノ酸残基の埋没性を評価することで、その影響を予想することができる。
【０００８】
即ち、本発明によって、以下に記す、タンパク質の変異対象部位を選定して、変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法および変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置が提供される。
【０００９】
請求項１の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力ステップと、該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定ステップと、上記ステップで入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記ステップで指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定ステップと、上記ステップで特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測ステップと、上記ステップで予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定ステップと、上記ステップで選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計ステップとから構成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力ステップと、該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定ステップと、上記ステップで入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記ステップで指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定ステップと、上記ステップで特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測ステップと、上記ステップで予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定ステップと、上記ステップで入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記ステップで指定された変異対象部位のアミノ酸残基がタンパク質の分子内部に埋没しているかを評価するアミノ酸残基埋没性評価ステップと、上記ステップで選定された置換後アミノ酸残基と上記ステップで評価されたアミノ酸残基埋没性を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計ステップとから構成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項２に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、前記アミノ酸残基埋没性評価ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される露出表面積または露出表面積比をパラメータとして利用することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される主鎖の二面角（φ角、ψ角、ω角）をパラメータとして利用することを特徴とする。
【００１３】
請求項５の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項１〜４のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、安定形成アミノ酸配列予測ステップまたは置換後アミノ酸残基選定ステップは、タンパク質局所構造データベースを検索して得ることができる位置特異的スコア行列または交換の好ましさをパラメータとして利用することを特徴とする。
【００１４】
請求項６の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項１〜４のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、安定形成アミノ酸配列予測ステップまたは置換後アミノ酸残基選定ステップは、主鎖コンフォメーションが類似した部分セグメントの統計を利用することを特徴とする。
【００１５】
請求項７の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項１〜６のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、更に、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測ステップと、上記ステップで予測された部分セグメントをタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定ステップとを備え、前記変異対象部位指定ステップにおいて変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定ステップにより選定された変異対象部位から指定することを特徴とする。
【００１６】
請求項８の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項７に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、前記安定化部分セグメント予測ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出されるコンタクト原子数または局所コンタクト数密度または局所コンタクト指数をパラメータとして利用することを特徴とする。
【００１７】
請求項９の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項７に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、前記安定化部分セグメント予測ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価することを特徴とする。
【００１８】
請求項１０の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項１〜６のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、更に、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測ステップと、上記ステップで予測されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定ステップとを備え、前記変異対象部位指定ステップにおいて変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定ステップにより選定された変異対象部位から指定することを特徴とする。
【００１９】
請求項１１の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項１０に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、前記弱相互作用アミノ酸残基予測ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される非局所コンタクト原子数または非局所コンタクト指数をパラメータとして利用することを特徴とする。
【００２０】
請求項１２の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項１０に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、前記弱相互作用アミノ酸残基予測ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価することを特徴とする。
【００２１】
請求項１３の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項１〜６のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、更に、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測ステップと、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測ステップと、上記安定化部分セグメント予測ステップの出力と上記弱相互作用アミノ酸残基予測ステップの出力を統合する統合ステップと、上記統合ステップで統合されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定ステップとを備え、前記変異対象部位指定ステップにおいて変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定ステップにより選定された変異対象部位から指定することを特徴とする。
【００２２】
請求項１４の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項１３に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、前記統合ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される局所コンタクト指数と非局所コンタクト指数の積である変異適性指数をパラメータとして利用することを特徴とする。
【００２３】
請求項１５の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法は、請求項１３に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法において、前記統合ステップは、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価することを特徴とする。
【００２４】
請求項１６の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段と、該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定手段と、上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段と、上記手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測手段と、上記手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定手段と、上記手段で選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計手段とから構成されることを特徴とする。
【００２５】
請求項１７の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段と、該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定手段と、上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段と、上記手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測手段と、上記手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定手段と、上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位のアミノ酸残基がタンパク質の分子内部に埋没しているかを評価するアミノ酸残基埋没性評価手段と、上記手段で選定された置換後アミノ酸残基と上記手段で評価されたアミノ酸残基埋没性を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計手段とから構成されることを特徴とする。
【００２６】
請求項１８の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項１７に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、前記アミノ酸残基埋没性評価手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される露出表面積または露出表面積比をパラメータとして利用することを特徴とする。
【００２７】
請求項１９の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項１６〜１８のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される主鎖の二面角（φ角、ψ角、ω角）をパラメータとして利用することを特徴とする。
【００２８】
請求項２０の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項１６〜１９のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、安定形成アミノ酸配列予測手段または置換後アミノ酸残基選定手段は、タンパク質局所構造データベースを検索して得ることができる位置特異的スコア行列または交換の好ましさをパラメータとして利用することを特徴とする。
【００２９】
請求項２１の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項１６〜１９のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、安定形成アミノ酸配列予測手段または置換後アミノ酸残基選定手段は、主鎖コンフォメーションが類似した部分セグメントの統計を利用することを特徴とする。
【００３０】
請求項２２の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項１６〜２１のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、更に、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測手段と、上記手段で予測された部分セグメントをタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段とを備え、前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定することを特徴とする。
【００３１】
請求項２３の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項２２に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、前記安定化部分セグメント予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出されるコンタクト原子数または局所コンタクト数密度または局所コンタクト指数をパラメータとして利用することを特徴とする。
【００３２】
請求項２４の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項２２に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、前記安定化部分セグメント予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価することを特徴とする。
【００３３】
請求項２５の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項１６〜２１のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、更に、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測手段と、上記手段で予測されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段とを備え、前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定することを特徴とする。
【００３４】
請求項２６の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項２５に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、前記弱相互作用アミノ酸残基予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される非局所コンタクト原子数または非局所コンタクト指数をパラメータとして利用することを特徴とすることを特徴とする。
【００３５】
請求項２７の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項２５に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、前記弱相互作用アミノ酸残基予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価することを特徴とする。
【００３６】
請求項２８の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項１６〜２１のいずれかに記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、更に、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測手段と、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測手段と、上記安定化部分セグメント予測手段の出力と上記弱相互作用アミノ酸残基予測手段の出力を統合する統合手段と、上記統合手段で統合されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段とを備え、前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定することを特徴とする。
【００３７】
請求項２９の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項２８に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、前記統合手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される局所コンタクト指数と非局所コンタクト指数の積である変異適性指数をパラメータとして利用することを特徴とする。
【００３８】
請求項３０の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、請求項２８に記載の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置において、前記統合手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価することを特徴とする。
【００３９】
請求項３１のプログラムは、変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置をコンピュータにより構成するプログラムであって、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段と、該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定手段と、上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段と、上記手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測手段と、上記手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定手段と、上記手段で選定された置換後アミノ酸残基を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計手段としてコンピュータを機能させるプログラムである。
【００４０】
請求項３２のプログラムは、変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置をコンピュータにより構成するプログラムであって、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段と、該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定手段と、上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段と、上記手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測手段と、上記手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定手段と、上記手段で入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記手段で指定された変異対象部位のアミノ酸残基がタンパク質の分子内部に埋没しているかを評価するアミノ酸残基埋没性評価手段と、上記手段で選定された置換後アミノ酸残基と上記手段で評価されたアミノ酸残基埋没性を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計手段としてコンピュータを機能させるプログラムである。
【００４１】
請求項３３のプログラムは、請求項３２に記載のプログラムにおいて、前記アミノ酸残基埋没性評価手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される露出表面積または露出表面積比をパラメータとして利用することを特徴とするプログラムである。
【００４２】
請求項３４のプログラムは、請求項３１〜３３のいずれかに記載のプログラムにおいて、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される主鎖の二面角（φ角、ψ角、ω角）をパラメータとして利用することを特徴とするプログラムである。
【００４３】
請求項３５のプログラムは、請求項３１〜３４のいずれかに記載のプログラムにおいて、安定形成アミノ酸配列予測手段または置換後アミノ酸残基選定手段は、タンパク質局所構造データベースを検索して得ることができる位置特異的スコア行列または交換の好ましさをパラメータとして利用することを特徴とするプログラムである。
【００４４】
請求項３６のプログラムは、請求項３１〜３４のいずれかに記載のプログラムにおいて、安定形成アミノ酸配列予測手段または置換後アミノ酸残基選定手段は、主鎖コンフォメーションが類似した部分セグメントの統計を利用することを特徴とするプログラムである。
【００４５】
請求項３７のプログラムは、請求項３１〜３６のいずれかに記載のプログラムにおいて、更に、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測手段と、上記手段で予測された部分セグメントをタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段として機能させるサブプログラムを備え、前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定することを特徴とするプログラムである。
【００４６】
請求項３８のプログラムは、請求項３７に記載のプログラムにおいて、前記安定化部分セグメント予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出されるコンタクト原子数または局所コンタクト数密度または局所コンタクト指数をパラメータとして利用することを特徴とするプログラムである。
【００４７】
請求項３９のプログラムは、請求項３７に記載のプログラムにおいて、前記安定化部分セグメント予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価することを特徴とするプログラムである。
【００４８】
請求項４０のプログラムは、請求項３１〜３６のいずれかに記載のプログラムにおいて、更に、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測手段と、上記手段で予測されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段として機能させるサブプログラムを備え、前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定することを特徴とするプログラムである。
【００４９】
請求項４１のプログラムは、請求項４０に記載のプログラムにおいて、前記弱相互作用アミノ酸残基予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される非局所コンタクト原子数または非局所コンタクト指数をパラメータとして利用することを特徴とすることを特徴とするプログラムである。
【００５０】
請求項４２のプログラムは、請求項４０に記載のプログラムにおいて、前記弱相互作用アミノ酸残基予測手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価することを特徴とするプログラムである。
【００５１】
請求項４３のプログラムは、請求項３１〜３６のいずれかに記載のプログラムにおいて、更に、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測手段と、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測手段と、上記安定化部分セグメント予測手段の出力と上記弱相互作用アミノ酸残基予測手段の出力を統合する統合手段と、上記統合手段で統合されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段として機能させるサブプログラムを備え、前記変異対象部位指定手段において変異の対象とする部位の指定は、前記変異対象部位選定手段により選定された変異対象部位から指定することを特徴とするプログラムである。
【００５２】
請求項４４のプログラムは、請求項４３に記載のプログラムにおいて、前記統合手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される局所コンタクト指数と非局所コンタクト指数の積である変異適性指数をパラメータとして利用することを特徴とするプログラムである。
【００５３】
請求項４５のプログラムは、請求項４３に記載のプログラムにおいて、前記統合手段は、該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて算出される該タンパク質を構成する原子間の距離を評価することを特徴とするプログラムである。
【発明の効果】
【００５４】
本発明による変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法および変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置は、タンパク質分子の局所的性質に着目するところに特徴を有することから、特定のタンパク質に限定されず、立体構造原子座標データが利用可能なすべてのタンパク質を対象とすることができる。また、本発明による本発明による変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法および変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置を用いることにより、タンパク質の本来の機能を損なうことなく、有用な性質、特にタンパク質の変性、失活要因に対抗する安定性を付加した変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計することができる。
【００５５】
この配列設計方法を連鎖球菌由来のタンパク質であるプロテインＧの細胞膜外ドメインに適応して、３種の変異型タンパク質の配列を設計したところ、設計配列に従い合成したすべての変異型タンパク質において、野生型のプロテインＧ細胞膜外ドメインに比べ、熱安定性、変性剤に対する化学的安定性、および蛋白分解酵素に対する耐性が共に向上した。加えて、プロテインＧの細胞膜外ドメインが本来有する抗体(免疫グロブリンＧ)結合活性は、３種の変異型タンパク質のすべてにおいて野生型のプロテインＧ細胞膜外ドメインと同等であった。これより、現在市場に流通している多くのプロテインＧ細胞膜外ドメイン含有製品において、野生型と代替することにより、製品の長期保存や長期使用に伴う機能劣化の低減、安定性向上に伴う製品の利用条件や対象範囲の拡大、製品の保存、操作および管理の容易化が期待できる。
【００５６】
前記変異型プロテインＧの結果は、本発明の有効性を実証するものであり、本発明によれば、安定で有用な変異型タンパク質の配列の設計が、プロテインＧ細胞膜外ドメインにとどまることなく、様々なタンパク質について可能になることから、医療・農業・バイオテクノロジー分野を始めとするタンパク質を利用するあらゆる産業分野の発展に寄与するところが大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下に、本発明にかかる本発明による変異型タンパク質のアミノ酸配列設計方法および変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置の実施の最良の形態について図面に基づいて詳細に説明する。ただし、ここで説明する実施の最良の形態により本発明が限定されるものではない。
【００５８】
［本発明の概要］
以下、本発明の概要について説明する。図１は本発明の変異型タンパク質の配列設計方法において用いられるタンパク質の変異対象部位選定装置の基本原理を示す原理構成図である。
【００５９】
まず、利用者は、目的のタンパク質の立体構造情報である立体構造原子座標データを本発明のタンパク質の変異対象部位選定装置に入力する。この立体構造原子座標データの入力は、例えば、利用者がＰＤＢ等の外部の公開データベースからあらかじめダウンロードしたものを入力してもよく、あるいはＸ線結晶解析法や核磁気共鳴測定法などの実験的手法によって決定した原子座標データを、あるいはホモロジーモデリングなどの情報論的手法を利用して予測した原子座標データを入力してもよい。また、ＰＤＢ等の外部の公開データベースに登録されている原子座標データの識別番号を入力することで原子座標データの入力に代えてもよい。
【００６０】
ついで、タンパク質の変異対象部位選定装置は、入力された立体構造原子座標データを用いて、以下のいずれかの予測処理を実行する。すなわち、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントの予測、あるいは該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基の予測、あるいは該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメント内に位置しかつ該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う。いずれの予測処理を実行するかは、利用者が選択してもよい。以上の予測処理に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００６１】
そして、タンパク質の変異対象部位選定装置は、予測された部分セグメントあるいはアミノ酸残基の中から、変異の対象とする部位を選定する。最後に、選定した変異対象部位を利用者に対して出力する。ここで変異対象部位とは、該タンパク質を構成するアミノ酸配列のうちの１つまたはそれ以上のアミノ酸残基のこという。以上の選定に関わる具体的手法は後に詳述する。選定された変異対象部位は、該タンパク質を構成するアミノ酸配列の中で、該タンパク質の機能に変異が与える不測の不利益を最小限に留めつつ、該タンパク質分子の安定性を向上させることが期待される部位であることから、タンパク質の変異対象部位選定装置が変異の対象として出力することは利用者にとって有益である。
【００６２】
図２は本発明の変異型タンパク質の配列設計方法において用いられる変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）の基本原理を示す原理構成図である。
【００６３】
まず、利用者は、目的のタンパク質の立体構造情報である立体構造原子座標データを本発明の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）に入力する。この立体構造原子座標データの入力は、例えば、利用者がＰＤＢ等の外部の公開データベースからあらかじめダウンロードしたものを入力してもよく、あるいはＸ線結晶解析法や核磁気共鳴測定法などの実験的手法によって決定した原子座標データを、あるいはホモロジーモデリングなどの情報論的手法を利用して予測した原子座標データを入力してもよい。また、ＰＤＢ等の外部の公開データベースに登録されている原子座標データの識別番号を入力することで原子座標データの入力に代えてもよい。
【００６４】
ついで、利用者は、変異の対象とする部位を変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）に指定する。ここで指定される部位とは、該タンパク質を構成するアミノ酸配列のうちの１つまたはそれ以上のアミノ酸残基のこという。利用者は、類縁体の配列解析や公知文献などの情報にもとづき特定のアミノ酸残基を指定することも、また、任意のアミノ酸残基を無作為に指定することもできる。あるいは、上述の本発明のタンパク質の変異対象部位選定装置の出力を参照し指定することもできる。
【００６５】
そして、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、入力された立体構造原子座標データを用いて、指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する。以上の特定に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００６６】
続いて、本発明の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行う。以上の予測処理に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００６７】
さらに、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する。以上の選定に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００６８】
ここで、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、以下のいずれかの処理を実行する。すなわち、既に入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、既に指定された変異対象部位のアミノ酸残基が該タンパク質の分子内部に埋没しているかを評価する、あるいは評価しない。いずれの処理を実行するかは、利用者が選択してもよい。以上の評価に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００６９】
この後、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、選定された置換後アミノ酸残基と評価したアミノ酸残基埋没性を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する。あるいは、選定された置換後アミノ酸残基のみを利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する。最後に、設計した変異型タンパク質のアミノ酸配列を利用者に対して出力する。ここで変異型タンパク質のアミノ酸配列とは、立体構造原子座標データを入力した目的のタンパク質を構成するアミノ酸配列のうちの１つまたはそれ以上のアミノ酸残基が、他の種類のアミノ酸残基に置き換わったアミノ酸配列のこという。以上の設計に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００７０】
設計されたアミノ酸配列にて構成される変異型タンパク質は、野生型タンパク質の本来の機能を損なわず、かつ、野生型タンパク質に比べて、熱安定性、変性剤に対する化学的安定性、および蛋白分解酵素に対する耐性等のタンパク質分子の安定性が向上することが期待されるので、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）が変異型タンパク質のアミノ酸配列を出力することは利用者にとって有益である。
【００７１】
図３は本発明の変異型タンパク質の配列設計方法において用いられる変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）の基本原理を示す原理構成図である。上述したように、図１で示したタンパク質の変異対象部位選定装置の出力は、図２で示した変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）の入力とすることができるので、両装置の処理は一連の動作とさせることが可能である。すなわち、次に説明するアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、先に説明した変異対象部位選定装置とアミノ酸配列設計装置（Ａ）が一体化したものに相当する。
【００７２】
まず、利用者は、目的のタンパク質の立体構造情報である立体構造原子座標データを本発明の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）に入力する。この立体構造原子座標データの入力は、例えば、利用者がＰＤＢ等の外部の公開データベースからあらかじめダウンロードしたものを入力してもよく、あるいはＸ線結晶解析法や核磁気共鳴測定法などの実験的手法によって決定した原子座標データを、あるいはホモロジーモデリングなどの情報論的手法を利用して予測した原子座標データを入力してもよい。また、ＰＤＢ等の外部の公開データベースに登録されている原子座標データの識別番号を入力することで原子座標データの入力に代えてもよい。
【００７３】
ついで、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、入力された立体構造原子座標データを用いて、以下のいずれかの予測処理を実行する。すなわち、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントの予測、あるいは該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基の予測、あるいは該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメント内に位置しかつ該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基の予測を行う処理を実行する。いずれの予測処理を実行するかは、利用者が選択してもよい。以上の予測処理に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００７４】
そして、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、予測された部分セグメントあるいはアミノ酸残基の中から、変異の対象とする部位を選定する。ここで変異対象部位とは、該タンパク質を構成するアミノ酸配列のうちの１つまたはそれ以上のアミノ酸残基のこという。以上の選定に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００７５】
ついで、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、入力された立体構造原子座標データを用いて、選定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する処理を行う。以上の特定に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００７６】
続いて、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行う。以上の予測処理に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００７７】
さらに、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する処理を行う。以上の選定に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００７８】
ここで、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、以下のいずれかの処理を実行する。すなわち、既に入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、既に指定された変異対象部位のアミノ酸残基が該タンパク質の分子内部に埋没しているかを評価する、あるいは評価しない、いずれの処理を実行するかは、利用者が選択してもよい。以上の評価に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００７９】
この後、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、選定された置換後アミノ酸残基と評価したアミノ酸残基埋没性を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する。あるいは、選定された置換後アミノ酸残基のみを利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する。最後に、設計した変異型タンパク質のアミノ酸配列を利用者に対して出力する。ここで変異型タンパク質のアミノ酸配列とは、立体構造原子座標データを入力した目的のタンパク質を構成するアミノ酸配列のうちの１つまたはそれ以上のアミノ酸残基が、他の種類のアミノ酸残基に置き換わったアミノ酸配列のこという。以上の設計に関わる具体的手法は後に詳述する。
【００８０】
設計されたアミノ酸配列にて構成される変異型タンパク質は、野生型タンパク質の本来の機能を損なわず、かつ、野生型タンパク質に比べて、熱安定性、変性剤に対する化学的安定性、および蛋白分解酵素に対する耐性等のタンパク質分子の安定性が向上することが期待されるので、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）が変異型タンパク質のアミノ酸配列を出力することは利用者にとって有益である。
【００８１】
［システム構成］
次に、システムの構成について説明する。図４〜６は、それぞれ、タンパク質の変異対象部位選定装置、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）、および変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）が適用される本システムの構成の一例を示すブロック図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。このシステム構成では、概略的に、タンパク質の変異対象部位選定装置あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）のいずれかと、タンパク質の立体構造情報等に関する外部データベースあるいはホモロジーモデリングやモチーフ検索等の外部プログラム等を提供する外部システムとを、ネットワークを介して通信可能に接続して構成されている。
【００８２】
図４において、ネットワークは、タンパク質の変異対象部位選定装置と外部システムとを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネット等である。図５においてネットワークは、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）と外部システムとを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネット等である。図６においてネットワークは、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）と外部システムとを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネット等である。
【００８３】
図４において、外部システムは、ネットワークを介して、タンパク質の変異対象部位選定装置と相互に接続され、図５において外部システムは、ネットワークを介して、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）と相互に接続され、図６において外部システムは、ネットワークを介して、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）と相互に接続される。
【００８４】
これらの外部システムは、利用者に対してタンパク質の配列情報や立体構造情報等に関する外部データベース、あるいは、ホモロジーモデリングやモチーフ検索等の外部プログラムを実行するコンピュータを提供する機能を有する。ここで、外部システムは、ＷＥＢサーバやＡＳＰサーバ等として構成してもよく、そのハードウエア構成は、一般に市販されるワークステーション、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成してもよい。また、外部システムの各機能は、外部システムのハードウエア構成中のＣＰＵ、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。
【００８５】
図４〜６において、タンパク質の変異対象部位選定装置、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）、および変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、それぞれ、概略的に、該装置の全体を統括的に制御するＣＰＵ等の制御部、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置（図示せず）に接続される通信制御インターフェース部、入力装置および出力装置に接続される入出力制御インターフェース部、および、各種のデータベースを格納する記憶部を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。さらに、この変異対象部位選定装置、アミノ酸配列設計装置（Ａ）、およびアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、それぞれ、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワークに通信可能に接続されている。
【００８６】
図４において、記憶部に格納される各種のデータベース（タンパク質立体構造データベース、選定結果データベース）、あるいは図５において、記憶部に格納される各種のデータベース（タンパク質立体構造データベース、タンパク質局所構造データベース、設計結果データベース、変性状態露出表面積テーブル）、あるいは図６において、記憶部に格納される各種のデータベース（タンパク質立体構造データベース、タンパク質局所構造データベース、選定結果データベース、設計結果データベース、変性状態露出表面積テーブル）は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムやテーブルやファイルやデータベースやウェブページ用ファイル等を格納する。
【００８７】
これら記憶部の各構成要素のうち、タンパク質立体構造データベースは、タンパク質の立体構造原子座標データを格納したデータベースである。タンパク質立体構造データベースは、インターネットを経由してアクセスする外部のタンパク質立体構造データベース、たとえばＰｒｏｔｅｉｎＤａｔａＢａｎｋ等であってもよく、また、これらのデータベースをコピーしたり、オリジナルの配列情報を格納したり、さらに独自のアノテーション情報等を付加したりして作成したインハウスデータベースであってもよい。
【００８８】
また、タンパク質局所構造データベースは、タンパク質の局所構造の統計情報を格納したデータベースである。タンパク質局所構造データベースは、インターネットを経由してアクセスする外部のタンパク質局所構造データベース、たとえばＰｒｏＳｅｇ等であってもよく、また、これらのデータベースをコピーしたり、オリジナルの配列情報を格納したり、さらに独自のアノテーション情報等を付加したりして作成したインハウスデータベースであってもよい。
【００８９】
また、選定結果データベースは、変異対象部位選定手段が選定した選定結果などに関する情報を格納するデータベースである。この選定結果データベースに格納される情報は、目的のタンパク質の立体構造原子座標データの識別番号、目的のタンパク質のアミノ酸配列情報、各種のパラメータ（コンタクト原子数、局所コンタクト数密度、局所コンタクト指数、非局所コンタクト原子数、非局所コンタクト指数、変異適性指数など）、および選定された変異対象部位等であり、これらを相互に関連付けて構成されている。上記の各種のパラメータに関しては、後に詳述する。
【００９０】
また、配列結果データベースは、アミノ酸配列設計手段が設計した配列結果などに関する情報を格納するデータベースである。この配列結果データベースに格納される情報は、目的のタンパク質の立体構造原子座標データの識別番号、目的のタンパク質のアミノ酸配列情報、変異対象部位、各種のパラメータ（変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションに対応する位置特異的スコア行列、交換の好ましさ、露出表面積比など）、および設計された変異型タンパク質のアミノ酸配列等であり、これらを相互に関連付けて構成されている。上記の各種のパラメータに関しては、後に詳述する。
【００９１】
変性状態露出表面積テーブルは、タンパク質の変性状態における各アミノ酸残基の露出表面積が、２０種類のアミノ酸残基ごとに整理されているテーブルである。上記の露出表面積に関しては、後に詳述する。
【００９２】
また、図４〜６においてにおいて、通信制御インターフェース部は、それぞれ、タンパク質の変異対象部位選定装置、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）、または変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）のいずれかとネットワーク（またはルータ等の通信装置）との間における通信制御を行う。すなわち、通信制御インターフェース部は、他の端末と通信回線を介してデータを通信する機能を有する。
【００９３】
また、図４〜６において、入出力制御インターフェース部は、入力装置や出力装置の制御を行う。ここで、出力装置としては、モニタ（家庭用テレビを含む）の他、プリンタ、スピーカを用いることができる（なお、以下においては出力装置をモニタとして記載する）。また、入力装置としては、キーボード、マウス、スキャナ、およびマイク等を用いることができる。また、モニタも、マウスと協働してポインティングデバイス機能を実現する。
【００９４】
また、図４〜６において、制御部は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、および所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。
【００９５】
図４において、制御部は、機能概念的に、目的構造入力部、予測プログラム実行部、変異対象部位選定部を備えて構成されている。このうち、目的構造入力部は、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段である。
【００９６】
また、予測プログラムは、安定化部分セグメント予測プログラム、弱相互作用アミノ酸残基予測プログラム、および統合プログラムにより構成されている。
【００９７】
ここで、安定化部分セグメント予測プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行うプログラムである。
【００９８】
ここで、弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行うプログラムである。
【００９９】
ここで、統合プログラムは、安定化部分セグメント予測プログラムと弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムの結果を統合することで、アミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメント内にあり、かつアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行うプログラムである。
【０１００】
また、予測プログラム実行部は、座標入力手段により入力された立体構造原子座標データを用いて予測プログラムを実行させる、安定化部分セグメント予測手段、弱相互作用アミノ酸残基予測手段、および統合手段である。
【０１０１】
また、変異対象部位選定部は、安定化部分セグメント予測プログラムによる処理の結果、あるいは弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムによる処理の結果、あるいは統合プログラムによる処理の結果を変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段である。以上の各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。
【０１０２】
図５において、制御部は、機能概念的に、目的構造入力部、変異対象部位入力部、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部、安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部、置換後アミノ酸選定プログラム実行部、アミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部を備えて構成されている。このうち、目的構造入力部は、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段である。
【０１０３】
また、変異対象部位入力部は、該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定手段である。部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意の部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する処理を行うプログラムである。
【０１０４】
また、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部は、座標入力手段により入力された立体構造原子座標データを用いて、変異対象部位指定手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定するために、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラムを実行させる部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段である。
【０１０５】
また、安定化アミノ酸配列予測プログラムは、任意の主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行うプログラムである。
【０１０６】
また、安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部は、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行うために、安定化アミノ酸配列予測プログラムの処理を実行する安定形成アミノ酸配列予測手段である。
【０１０７】
また、置換後アミノ酸選定プログラムは、任意の変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する処理を行うプログラムである。
【０１０８】
また、置換後アミノ酸選定プログラム実行部は、安定形成アミノ酸配列予測手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位指定手段で指定された変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定するために、置換後アミノ酸選定プログラムによる処理を実行する置換後アミノ酸残基選定手段である。
【０１０９】
また、アミノ酸残基埋没性評価プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意の変異対象部位のアミノ酸残基がタンパク質の分子内部に埋没しているかを評価する処理を行うプログラムである。
【０１１０】
また、アミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部は、座標入力手段により入力されたタンパク質の立体構造原子座標データを用いて、変異対象部位指定手段で指定された変異対象部位のアミノ酸残基が該タンパク質の分子内部に埋没しているかを評価するために、アミノ酸残基埋没性評価プログラムの処理を実行するアミノ酸残基埋没性評価手段である。
【０１１１】
また、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部は、置換後アミノ酸選定プログラム実行部およびアミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部の結果から、または置換後アミノ酸選定プログラム実行部の結果のみから、変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列手段である。以上の各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。
【０１１２】
図６において、制御部は、機能概念的に、目的構造入力部、予測プログラム実行部、変異対象部位選定部、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部、安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部、置換後アミノ酸選定プログラム実行部、アミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部を備えて構成されている。
【０１１３】
このうち、目的構造入力部は、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力手段である。予測プログラムは、安定化部分セグメント予測プログラム、弱相互作用アミノ酸残基予測プログラム、および統合プログラムにより構成されている。
【０１１４】
安定化部分セグメント予測プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行うプログラムである。弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行うプログラムである。統合プログラムは、安定化部分セグメント予測プログラムと弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムの処理の結果を統合することで、アミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメント内にあり、かつアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行うプログラムである。
【０１１５】
また、予測プログラム実行部は、座標入力手段により入力された立体構造原子座標データを用いて予測プログラムを実行させる、安定化部分セグメント予測手段、弱相互作用アミノ酸残基予測手段、および統合手段である。
【０１１６】
また、変異対象部位選定部は、安定化部分セグメント予測プログラムの結果、あるいは弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムの結果、あるいは統合プログラムの結果を変異対象部位として選定する変異対象部位選定手段である。
【０１１７】
また、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意の部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する処理を行うプログラムである。
【０１１８】
また、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部は、座標入力手段により入力された立体構造原子座標データを用いて、変異対象部位指定手段で指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定するために、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラムを実行させる部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段である。
【０１１９】
また、安定化アミノ酸配列予測プログラムは、任意の主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行うプログラムである。安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部は、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定手段で特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行うために、安定化アミノ酸配列予測プログラムを実行する安定形成アミノ酸配列予測手段である。
【０１２０】
また、置換後アミノ酸選定プログラムは、任意の変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定するプログラムである。置換後アミノ酸選定プログラム実行部は、安定形成アミノ酸配列予測手段で予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位指定手段で指定された変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定するために、置換後アミノ酸選定プログラムを実行する置換後アミノ酸残基選定手段である。
【０１２１】
また、アミノ酸残基埋没性評価プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意の変異対象部位のアミノ酸残基がタンパク質の分子内部に埋没しているかを評価するプログラムである。アミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部は、座標入力手段により入力されたタンパク質の立体構造原子座標データを用いて、変異対象部位指定手段で指定された変異対象部位のアミノ酸残基が該タンパク質の分子内部に埋没しているかを評価するために、アミノ酸残基埋没性評価プログラムを実行するアミノ酸残基埋没性評価手段である。
【０１２２】
また、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部は、置換後アミノ酸選定プログラム実行部およびアミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部の結果から、または置換後アミノ酸選定プログラム実行部の結果のみから、変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列手段である。以上の各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。
【０１２３】
［システムの処理］
次に、このように構成された本実施の最良形態における本システムの処理の一例について、以下に図７〜図１３を参照して詳細に説明する。
【０１２４】
図７は、本実施の最良形態におけるタンパク質の変異対象部位選定装置のシステムのメイン処理の一例を示すフローチャートである。
【０１２５】
まず、タンパク質の変異対象部位選定装置は、目的構造入力部の処理により、利用者に対して目的のタンパク質の立体構造原子座標データまたは目的のタンパク質の立体構造原子座標データの識別番号を、入出力制御インターフェース部を介して、入力させる（ステップＳ−１）。ついで、目的構造入力部の処理により、利用者が入力した目的のタンパク質の立体構造原子座標データを確認または取得する（ステップＳ−２）。ここで、ステップＳ−２において、目的構造入力部により実行される立体構造原子座標データ確認・取得処理の詳細について図８を参照して説明する。
【０１２６】
図８は、本実施の最良形態における本システムの立体構造原子座標データ確認・取得処理の一例を示すフローチャートである。まず、目的構造入力部は、利用者からの入力が立体構造原子座標データか立体構造原子座標データの識別番号かを判定する（ステップＰ−１）。ステップＰ−１において、立体構造原子座標データが入力されたと判定した場合は、入力された立体構造原子座標データが適正であるかを確認する（ステップＰ−２）。確認する点は、コンピュータが読み取り可能なデータ構造となっているか、立体構造原子座標データに異常値がないかなどである。ステップＰ−２において、適正であると確認された場合は、利用者が入力した立体構造原子座標データをメイン処理に返し（ステップＰ−３）、立体構造原子座標データ確認・取得処理を終了する。
【０１２７】
一方、ステップＰ−２において、適正でないと確認された場合は、目的構造入力部は、入出力制御インターフェース部を介して、利用者に対して、入力された目的のタンパク質の立体構造原子座標データが利用不可であるとのエラーメッセージを出力し（ステップＰ−４）、立体構造原子座標データ確認・取得処理およびメイン処理を終了する。
【０１２８】
一方、ステップＰ−１において、立体構造原子座標データの識別番号が入力されたと判定した場合は、目的構造入力部は、記憶部に格納されているタンパク質立体構造データベースに該識別番号の立体構造原子座標データが登録されているかを判定する（ステップＰ−５）。ステップＰ−５において、該識別番号の立体構造原子座標データが登録されていると判定された場合は、目的構造入力部は、記憶部に格納されているタンパク質立体構造データベースより該識別番号の立体構造原子座標データを取得し（ステップＰ−６）、メイン処理に取得した立体構造原子座標データを返し（ステップＰ−７）、立体構造原子座標データ確認・取得処理を終了する。
【０１２９】
一方、ステップＰ−５において、該識別番号の立体構造原子座標データが登録されていないと判定された場合には、目的構造入力部は、ネットワークを介して外部システムである外部データベース（Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｄａｔａ  Ｂａｎｋなど）に該識別番号の立体構造原子座標データが登録されているかを判定する（ステップＰ−８）。ステップＰ−８において、該識別番号の立体構造原子座標データが登録されていると判定された場合は、目的構造入力部は、外部データベースよりネットワークを介して該識別番号の立体構造原子座標データを取得し（ステップＰ−９）、メイン処理に取得した立体構造原子座標データを返し（ステップＰ−１０）、立体構造原子座標データ確認・取得処理を終了する。
【０１３０】
ステップＰ−８において、該識別番号の立体構造原子座標データが登録されていないと判定された場合は、目的構造入力部は、入出力制御インターフェース部を介して、利用者に対して、入力された目的のタンパク質の立体構造原子座標データの識別番号が利用不可であるとのエラーメッセージを出力し（ステップＰ−１１）、立体構造原子座標データ確認・取得処理およびメイン処理を終了する。
【０１３１】
再び図７に戻り、タンパク質の変異対象部位選定装置は、予測プログラム実行部の処理により、目的構造入力部から送られた立体構造原子座標データに対して、予測プログラムを実行する（ステップＳ−３）。ここで、実行する予測プログラムは、安定化部分セグメント予測プログラム、あるいは弱相互作用アミノ酸残基予測プログラム、あるいは統合プログラムのいずれかである。いずれかを実行するかは、タンパク質の変異対象部位選定装置の初期設定に従う。初期設定は、利用者が変更してもよい。
【０１３２】
ステップＳ−３において、予測プログラム実行部により実行される予測プログラム処理の詳細について図９を参照して説明する。図９は、本実施の最良形態における本システムの予測プログラム処理の一例を示すフローチャートである。
【０１３３】
最初に、予測プログラム実行部は、初期設定を参照し、いずれの予測プログラムを実行するかを決定する（ステップＲ−１）。ステップＲ−１において、安定化部分セグメント予測プログラムが選択されていた場合は、安定化部分セグメント予測プログラムを実行する。
【０１３４】
安定化部分セグメント予測プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行うプログラムである。
【０１３５】
予測プログラム実行部は、目的構造入力部から送られた立体構造原子座標データに対して、以下の数式（１）で定義されるコンタクト原子数nを算出する（ステップＲ−２）。
【数１】
0005252341.tif 000002
式（１）中、ｎｉ，ｊはアミノ酸残基ｉとアミノ酸残基ｊの間のコンタクト原子数（ｉ≠ｊ）、Ｎはタンパク質分子（またはサブユニット）の鎖長を表す。Ｃｐ，ｑはタンパク質分子内の水素原子を除く重原子pと重原子ｑの間のコンタクト数で、２つの重原子の中心間の距離が閾値ｄ以内なら１、そうでなければ０となる二値変数である。ここで、ｄは０．３〜１．２ｎｍ、好ましくは０．４〜０．７ｎｍ、さらに好ましくは０．５ｎｍとする。
【０１３６】
ついで、以下の式（２）で定義される局所コンタクト数密度Ｄｌｏｃを算出する（ステップＲ−３）。
【数２】
0005252341.tif 000003
上記式（２）中、Ｄｌｏｃｋはタンパク質のｋ番目のアミノ酸残基の局所コンタクト数密度を表す。ｗはｋ番目のアミノ酸残基の配列上近傍の範囲を規定するウィンドウ幅を表し、ｗＬはｋ番目のアミノ酸残基の左側ウィンドウ幅、ｗＲはｋ番目のアミノ酸残基の右側ウィンドウ幅をそれぞれ表す。ｗＬとｗＲはそれぞれ１〜１５の整数、好ましくは３〜７の整数、さらに好ましくは４とする。ｗＬとｗＲは必ずしも等しくなくて良い。ｗは、ｗＬとｗＲの和に、ｋ番目のアミノ酸残基を含める意味で１を足したものである。すなわち、ｗは、“配列上近傍のアミノ酸残基”を表現するパラメータであり、この設定により、ｋ−ｗＬ番目からｋ＋ｗＲ番目のアミノ酸残基が、ｋ番目のアミノ酸残基の配列上近傍に位置するアミノ酸残基と定義される。ｗＬとｗＲの値は、タンパク質の変異対象部位選定装置の初期設定に従う。初期設定は、利用者が変更してもよい。
【０１３７】
ついで、予測プログラム実行部は、以下の式（３）で定義される局所コンタクト指数Ｉｌｏｃを算出する（ステップＲ−４）。
【数３】
0005252341.tif 000004
上記式（３）中、Ｉｌｏｃｋはｋ番目のアミノ酸残基の局所コンタクト指数、μＤｌｏｃはＤｌｏｃの平均値、σＤｌｏｃはＤｌｏｃの標準偏差を表し、それぞれ以下の式で示される。
【数４】
0005252341.tif 000005
上記式（３）により算出されるＩｌｏｃｋは、タンパク質のｋ番目のアミノ酸における局所コンタクト数密度の平均値からの乖離度を表し、該算出値が０の場合は平均と同じであるが、プラス値の場合は平均を超え、その絶対値が大きいほど局所コンタクト数密度が大きく、マイナス値の場合は平均未満で、その絶対値が大きいほど局所コンタクト数密度が低いことを示す。
【０１３８】
タンパク質を構成するアミノ酸残基を、局所的な相互作用を介してタンパク質分子の構造安定化に寄与しているアミノ酸残基と非局所的な相互作用を介して寄与しているアミノ酸残基とに区別する必要がある場合に、Ｉｌｏｃはそのための適切な指数となる。すなわち、Ｉｌｏｃが大きいアミノ酸残基は、その配列上近傍のアミノ酸残基（ウィンドウ枠内のアミノ酸残基）と強く相互作用しているアミノ酸残基であることを示唆し、Ｉｌｏｃが大きいアミノ酸残基が連続する領域は、その対象タンパク質において局所的な相互作用を介して立体構造を安定化している部分セグメントである可能性が高い。
【０１３９】
最後に、タンパク質を構成するすべてのアミノ酸残基ごとのｎｉ，ｊ、Ｄｌｏｃ、Ｉｌｏｃの値をメイン処理に返し（ステップＲ−５）、予測プログラム処理を終了する。なお、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントをタンパク質の立体構造原子座標データをもとに予測する処理を行う具体的手段は、唯一無二ではないので、前記ステップＲ−２からＲ−５に記載した手段と異なる手段にて配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測してもよい。
【０１４０】
一方、ステップＲ−１において、弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムが選択されていた場合は、弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムを実行する。
【０１４１】
弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行うプログラムである。
【０１４２】
まず、予測プログラム実行部は、目的構造入力部から送られた立体構造原子座標データに対して、以下の式（４）で定義される非局所コンタクト原子数Ｎｎｌを算出する（ステップＲ−６）。
【数５】
0005252341.tif 000006
上記式（４）中、Ｎｎｌｉはｉ番目のアミノ酸残基の非局所コンタクト原子数、Ｎはタンパク質分子の鎖長を表す。Ｃ’ｐ’，ｑはアミノ酸残基ｉの側鎖の重原子ｐ’とアミノ酸残基ｊの重原子ｑとの間のコンタクト数で、２つの重原子の中心間の距離が閾値ｄ以内なら１、そうでなければ０となる二値変数である。ｄはステップＲ−２と同様に設定される。また、ｗＬとｗＲはそれぞれアミノ酸残基ｉの左側ウィンドウ幅、右側ウィンドウ幅を表し、ステップＲ−３と同様に設定される。
【０１４３】
この式（４）により設定されるＮｎｌｉはｉ番目のアミノ酸残基の側鎖と全てのアミノ酸残基とのコンタクト数の合計から、ｉ番目のアミノ酸残基の側鎖と配列上その近傍のアミノ酸残基すなわちウィンドウ枠内のアミノ酸残基とのコンタクト数の合計を除いたものであって、該アミノ酸残基の側鎖と、該残基を中心とするウィンドウ枠の外側に位置する各アミノ酸残基すなわち遠方の各アミノ酸残基とのコンタクト数の合計を示す。配列上遠方のアミノ酸残基と多数接触している側鎖を有するアミノ酸残基ほど大きなＮｎｌ値を示すことになる。
【０１４４】
ついで、予測プログラム実行部は、目的構造入力部から送られた立体構造原子座標データに対して、以下の式（５）で定義される非局所コンタクト指数Ｉｎｌを算出する（ステップＲ−７）。
【数６】
0005252341.tif 000007
上記の式（５）中、Ｉｎｌｉはｉ番目のアミノ酸残基の非局所コンタクト指数、Ｎｎｌｉは上記と同様であり、αは非局所コンタクト数の縮減を意図する任意の定数である。αは正の実数、好ましくは１〜１０の実数、さらに好ましくは３とする。
【０１４５】
上記の式（５）により、配列上遠方のアミノ酸残基との接触が無いアミノ酸残基のＩｎｌは１であり、接触が多いアミノ酸残基のＩｎｌは０に近づく。
【０１４６】
最後に、タンパク質を構成するすべてのアミノ酸残基ごとのコンタクト数の合計のＮｎｌ、非局所コンタクト指数Ｉｎｌの値をメイン処理に返し（ステップＲ−８）、予測プログラム処理を終了する。
【０１４７】
なお、配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基をタンパク質の立体構造座標データをもとに予測する処理を行う手段は、唯一無二ではないので、前記ステップＲ−６からＲ−８に記載した手段と異なる手段にて配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測してもよい。
【０１４８】
一方、ステップＲ−１において、統合プログラムが選択されていた場合は、統合プログラムを実行する。統合プログラムは、安定化部分セグメント予測プログラムと弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムをそれぞれ実行し、その結果を統合するプログラムである。すなわち、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメント内に位置し、かつアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行うプログラムである。
【０１４９】
まず、予測プログラム実行部は、目的構造入力部から送られた立体構造原子座標データに対して、前記ステップＲ−２、ステップＲ−３、ステップＲ−４の処理を行い、あわせて、前記ステップＲ−６、ステップＲ−７の処理を行う。ついで、予測プログラム実行部は、以下の式（６）で定義される変異適性指数ＩＭを算出する（ステップＲ−９）。
【数７】
0005252341.tif 000008
式（６）中、ＩＭｉはｉ番目のアミノ酸残基の変異適性指数を示す。算出したＩＭの値がより大きいアミノ酸残基は変異対象部位として好適であり、このＩＭ値を算出することにより、より簡便かつ効率的に変異対象部位を選定することができる。
【０１５０】
最後に、タンパク質を構成するすべてのアミノ酸残基ごとのｎｉ，ｊ、Ｄｌｏｃ、Ｉｌｏｃ、Ｎｎｌ、Ｉｎｌ、ＩＭの値をメイン処理に返し（ステップＲ−１０）、予測プログラム処理を終了する。
【０１５１】
なお、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントであって、かつ配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を、タンパク質の立体構造座標データをもとに予測する処理を行う手段は、唯一無二ではないので、前記ステップＲ−２、Ｒ−３、Ｒ−４、Ｒ−６、Ｒ−７、Ｒ−９、Ｒ−１０に記載した手段と異なる手段にて配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントであって、かつ配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測してもよい。
【０１５２】
図７に戻り、タンパク質の変異対象部位選定装置は、変異対象部位選定部の処理によって、予測プログラム実行部から送られた予測結果に基づき変異対象部位の選定に進む。まず、変異対象部位選定部は、予測プログラム実行部から送られた予測結果が、安定化部分セグメント予測プログラムの結果か、弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムの結果か、統合プログラムの結果かを判断する（ステップＳ−４）。
【０１５３】
ステップＳ−４において、予測プログラム実行部から送られた予測結果が安定化部分セグメント予測プログラムの結果と判断した場合は、局所コンタクト指数Ｉｌｏｃの値を参照し、変異対象部位を選定する（ステップＳ−５）。
【０１５４】
局所コンタクト指数Ｉｌｏｃが大きいアミノ酸残基は、その配列上近傍のアミノ酸残基と強く相互作用しているアミノ酸残基であることを示唆し、Ｉｌｏｃが大きいアミノ酸残基が連続する領域は、その対象タンパク質において局所的な相互作用を介して立体構造を安定化している部分セグメントである可能性が高い。したがって、ステップＳ−５の処理では、Ｉｌｏｃの値に任意の閾値（たとえば、０）を設け、閾値以上のＩｌｏｃが連続する領域内にあるアミノ酸残基を変異対象部位に選定する。
【０１５５】
ついで、変異対象部位選定部は、選定結果を含む以下の情報を相互に関連付けて、記憶部に格納されている選定結果データベースの所定の記憶領域に記録する（ステップＳ−６）。格納する情報は、入力したタンパク質の立体構造原子座標データ、立体構造原子座標データの識別番号、入力したタンパク質のアミノ酸配列情報、アミノ酸残基ごとの各種のパラメータ（コンタクト原子数、局所コンタクト数密度、局所コンタクト指数など）、および選定された変異対象部位等である。
【０１５６】
最後に、変異対象部位選定部は、入出力制御インターフェース部を介して、利用者に対して、選定結果データベースに記録した同種の情報を出力し（ステップＳ−７）、メイン処理を終了する。
【０１５７】
一方、ステップＳ−４において、予測プログラム実行部から送られた予測結果が弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムの結果と判断した場合は、非局所コンタクト指数Ｉｎｌの値を参照し、変異対象部位を選定する（ステップＳ−８）。
【０１５８】
配列上遠方のアミノ酸残基との接触が無いアミノ酸残基のＩｎｌは１であり、接触が多いアミノ酸残基のＩｎｌは０に近づく。したがって、ステップＳ−８の処理では、非局所コンタクト指数Ｉｎｌの値に任意の閾値（たとえば、０．１）を設け、閾値以上の局所コンタクト指数Ｉｌｏｃを示すアミノ酸残基を変異対象部位に選定する。
【０１５９】
ついで、変異対象部位選定部は、選定結果を含む以下の情報を相互に関連付けて、記憶部に格納されている選定結果データベースの所定の記憶領域に記録する（ステップＳ−９）。格納する情報は、入力したタンパク質の立体構造原子座標データ、立体構造原子座標データの識別番号、入力したタンパク質のアミノ酸配列情報、アミノ酸残基ごとの各種のパラメータ（非局所コンタクト原子数、非局所コンタクト指数など）、および選定された変異対象部位等である。
【０１６０】
最後に、変異対象部位選定部は、入出力制御インターフェース部を介して、利用者に対して、選定結果データベースに記録した同種の情報を出力し（ステップＳ−７）、メイン処理を終了する。
【０１６１】
一方、ステップＳ−４において、予測プログラム実行部から送られた予測結果が統合プログラムの結果と判断した場合は、変異適性指数ＩＭの値を参照し、変異対象部位を選定する（ステップＳ−１０）。変異適性指数ＩＭは、局所コンタクト指数Ｉｌｏｃと非局所コンタクト指数Ｉｎｌの積に対応するので、ステップＳ−１０の処理では、変異適性指数ＩＭの値に任意の閾値（たとえば、０．１）を設け、閾値以上の変異適性指数ＩＭを示すアミノ酸残基を変異対象部位に選定する。
【０１６２】
ついで、変異対象部位選定部は、選定結果を含む以下の情報を相互に関連付けて、記憶部に格納されている選定結果データベースの所定の記憶領域に記録する（ステップＳ−１１）。格納する情報は、入力したタンパク質の立体構造原子座標データ、立体構造原子座標データの識別番号、入力したタンパク質のアミノ酸配列情報、アミノ酸残基ごとの各種のパラメータ（コンタクト原子数、局所コンタクト数密度、局所コンタクト指数、非局所コンタクト原子数、非局所コンタクト指数、変異適性指数など）、および選定された変異対象部位等である。
【０１６３】
最後に、変異対象部位選定部は、入出力制御インターフェース部を介して、利用者に対して、選定結果データベースに記録した同種の情報を出力し（ステップＳ−７）、メイン処理を終了する。
【０１６４】
図１０は、本実施の最良形態における変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）のメイン処理の一例を示すフローチャートである。まず、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、目的構造入力部の処理により、利用者に対して目的のタンパク質の立体構造原子座標データまたは目的のタンパク質の立体構造原子座標データの識別番号を、入出力制御インターフェース部を介して、入力させる（ステップＤＡ−１）。
【０１６５】
ついで、目的構造入力部の処理により、利用者が入力した目的のタンパク質の立体構造原子座標データを確認または取得する（ステップＤＡ−２）。ここで、ステップＤＡ−２において、目的構造入力部により実行される立体構造原子座標データ確認・取得処理は、図８を参照して上記に説明したのと同一の処理を実行する。すなわち、ステップＰ−１からステップＰ−１１の処理である。
【０１６６】
その後、図１０に戻り、ステップＤＡ−２において、確認または取得した立体構造原子座標データを、記憶部に格納されている配列結果データベースの所定の記憶領域に記録すると共に（ステップＤＡ−３）、以降の部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部に送る。
【０１６７】
一方、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、変異対象部位入力部の処理により、利用者に対して目的のタンパク質の変異対象部位を、入出力制御インターフェース部を介して、指定させる（ステップＤＡ−４）。変異対象部位として指定される部位とは、目的のタンパク質を構成するアミノ酸配列のうちの１つまたはそれ以上のアミノ酸残基のこという。
【０１６８】
ついで、変異対象部位入力部の処理により、利用者が指定した目的のタンパク質の変異対象部位が適正であるかを確認する（ステップＤＡ−５）。確認する点は、コンピュータ読み取り可能な値であるか、目的構造入力部から送られた立体構造原子座標データに照らして齟齬がないかなどである。
【０１６９】
ステップＤＡ−５において、適正であると確認された場合は、利用者が指定した変異対象部位を、記憶部に格納されている配列結果データベースの所定の記憶領域に、既に記録されている情報と相互に関連づけて追記すると共に（ステップＤＡ−６）、以降の部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部に送る。
【０１７０】
一方、ステップＤＡ−５において、適正でないと確認された場合は、変異対象部位入力部は、入出力制御インターフェース部を介して、利用者に対して、指定された変異対象部位が利用不可であるとのエラーメッセージを出力し（ステップＤＡ−７）、メイン処理を終了する。
【０１７１】
ついで、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部の処理により、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラムを実行する。
【０１７２】
部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意のセグメントの主鎖のコンフォメーションを特定するプログラムである。ここでは、ステップＤＡ−３において目的構造入力部から送られた立体構造原子座標データを用いて、ステップＤＡ−６において変異対象部位入力部から送られた変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する。
【０１７３】
ここで、ｋ番目のアミノ酸残基を含む部分セグメントは、ｋ−ｗＬ番目からｋ＋ｗＲ番目のアミノ酸残基で構成されるセグメントと定義される。ｗＬは左側ウィンドウ幅、ｗＲは右側ウィンドウ幅をそれぞれ表す。ｗＬとｗＲはそれぞれ１〜１５の整数、好ましくは３〜７の整数、さらに好ましくは４とする。ｗＬとｗＲは必ずしも等しくなくて良い。ｗＬとｗＲの値は、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）の初期設定に従う。初期設定は、利用者が変更してもよい。
【０１７４】
また、ｗ＝ｗＬ＋ｗＲ＋１で定義されるｗはウィンドウ幅を表し、ｋ番目のアミノ酸残基の“配列上近傍のアミノ酸残基”を表現するパラメータである。ｗは部分セグメントのセグメント長に相当する。
【０１７５】
部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部は、ステップＤＡ−３において目的構造入力部から送られた立体構造原子座標データを用いて、目的のタンパク質のすべての主鎖の二面角（φ角、ψ角、ω角）を算出する（ステップＤＡ−８）。
【０１７６】
二面角（φ角、ψ角、ω角）の定義は、当事業者において周知であり、たとえば「T. E. Creighton (1993) Proteins: Structures and Molecular Properties 2nd ed., W. Freeman and Company, New York, pp.227-232」、「有坂、バイオサイエンスのための蛋白質科学入門」等の非特許文献にて詳説されている。
【０１７７】
次に、ステップＤＡ−６において変異対象部位入力部から変異対象部位として指定されたk番目のアミノ酸残基を含む部分セグメントの主鎖の二面角を抜き出す（ステップＤＡ−９）。そして、抜き出した部分セグメント主鎖二面角を、記憶部に格納されている配列結果データベースの所定の記憶領域に、既に記録されている情報と相互に関連づけて追記すると共に（ステップＤＡ−１０）、以降の安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部に送る。なお、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意のセグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する手法は、唯一無二でないので、前記ステップＤＡ−８〜ステップＤＡ−１０に記載した手段と異なる手段にて、たとえば直交座標系や極座標系などの手段にて、任意のセグメントの主鎖のコンフォメーションを特定してもよい。
【０１７８】
ついで、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部の処理により、安定化アミノ酸配列予測プログラムを実行する（ステップＤＡ−１１）。安定化アミノ酸配列予測プログラムは、任意の主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行うプログラムである。この予測プログラムの基本となる論理は、タンパク質分子科学分野における以下の最新知見に基づく。
【０１７９】
すなわち、タンパク質分子の主鎖のコンフォメーションを形成する蓋然性が高いアミノ酸配列は、多数のタンパク質の局所構造の統計解析により推定することができる。また、多数のタンパク質の局所構造の統計解析により導かれた人工的なアミノ酸配列は、特定の主鎖のコンフォメーションを自律的に形成する。
【０１８０】
したがって、目的とする特定の部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列の予測は、種々のタンパク質が有する膨大な主鎖のコンフォメーションの中から、該部分セグメントの主鎖のコンフォメーションと同様あるいは類似のものを抽出し、抽出されたコンフォメーションを形成しているアミノ酸配列を集積し、集積したアミノ酸配列を用いて部分セグメントの各位置のアミノ酸残基の出現頻度を統計的に解析し、各位置における出現頻度の高いアミノ酸残基の種類を特定することによって実現できる。
【０１８１】
また、上記の作業は、タンパク質の局所構造を大規模かつ網羅的に分類し、それらの統計情報を提供するタンパク質局所構造データベースを利用することで大幅に効率化および自動化することができる。
【０１８２】
ここで、ステップＤＡ−１１において、安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部により実行される安定化アミノ酸配列予測プログラム処理の詳細について、図１１を参照して説明する。図１１は、本実施の最良形態における安定化アミノ酸配列予測プログラム処理の一例を示すフローチャートである。
【０１８３】
安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部は、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部より送られた変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖二面角が、記憶部に格納されているタンパク質局所構造データベースの検索クエリとして適正であるかを確認する（ステップＬ−１）。確認する点は、入力された部分セグメントのセグメント長ｗに対応する分類データがタンパク質局所構造データベースに備わっているかなどである。
【０１８４】
ステップＬ−１において、適正であると確認された場合は、変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖二面角をクエリとして、タンパク質局所構造データベースを検索する（ステップＬ−２）。ついで、検索結果から、再近接クラスタの位置特異的スコア行列（ＰＳＳＭ）を抽出する（ステップＬ−３）。ここで、クラスタは、タンパク質局所構造データベースに格納されている分類された局所構造の集団を指し、再近接クラスタは、クエリに最も類似の構造を有するクラスタを指す。
【０１８５】
また、位置特異的スコア行列（ＰＳＳＭ）は、アミノ酸配列の多重アライメントから算出できる残基位置ごとの出現頻度を示すスコア値で構成される計数行列である。たとえば、セグメント長が９、アミノ酸の種類数が２０のＰＳＳＭは、９×２０の行列となる。ＰＳＳＭの定義は当事業者において周知であり、たとえば「Gribskov, M., et al. (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 84, 4355-4358.」、「Sawada Y. and Honda S. (2006) Biophysical J., 91(4), 1213-1223.」等の非特許文献に明記されているので、参照できる。
【０１８６】
この後、抽出したＰＳＳＭをメイン処理に返し（ステップＬ−４）、安定化アミノ酸配列予測プログラム処理を終了する。
【０１８７】
一方、ステップＬ−１において、適正でないと確認された場合は、ネットワークを介して外部システムである外部データベース（ＰｒｏＳｅｇなど）に接続し、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部より送られた変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖二面角が、外部データベースの検索クエリとして適正であるかを確認する（ステップＬ−５）。確認する点は、入力された部分セグメントのセグメント長ｗに対応する分類データが外部データベースに備わっているかなどである。
【０１８８】
ステップＬ−５において、適正であると確認された場合は、変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖二面角をクエリとして、外部データベースを検索する（ステップＬ−６）。ついで、検索結果から、再近接クラスタの位置特異的スコア行列（ＰＳＳＭ）を抽出する（ステップＬ−７）。この後、抽出したＰＳＳＭをメイン処理に返し（ステップＬ−８）、安定化アミノ酸配列予測プログラム処理を終了する。
【０１８９】
一方、ステップＬ−５において、適正でないと確認された場合は、安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部は、入出力制御インターフェース部を介して、利用者に対して、指定された変異対象部位や初期設定のｗＬとｗＲの値が利用不可であるとのエラーメッセージを出力し（ステップＬ−９）、安定化アミノ酸配列予測プログラム処理およびメイン処理を終了する。
【０１９０】
ステップＬ−３またはステップＬ−７で抽出したＰＳＳＭの各位置でスコアが高いアミノ酸の組み合わせからなる配列は、その主鎖のコンフォメーションを安定に形成する配列であると予測処理される。なお、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意の主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行う手法は、唯一無二でないので、前記ステップＬ−１〜ステップＬ−９に記載した手段と異なる手段により、たとえば分子力学計算法、分子動力学的計算法、分子軌道法、アミノ酸配列相同性検索法、核酸配列相同性検索法、その他公知の手段にて、安定に形成するアミノ酸配列を特定してもよい。
【０１９１】
再び、図１０に戻り、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、置換後アミノ酸選定プログラム実行部の処理により、置換後アミノ酸選定プログラムを実行する。置換後アミノ酸選定プログラムは、任意の変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定するプログラムである。
【０１９２】
まず、置換後アミノ酸選定プログラム実行部は、安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部より送られてきた変異対象部位を含む部分セグメントの位置特異的スコア行列（ＰＳＳＭ）を、記憶部に格納されている選定結果データベースの所定の記憶領域に、既に記録されている情報と相互に関連づけて追記する（ステップＤＡ−１２）。
【０１９３】
ついで、置換後アミノ酸選定プログラム実行部は、このＰＳＳＭを用いて、以下の式（７）で定義される交換の好ましさｐを算出する（ステップＤＡ−１３）。
【数８】
0005252341.tif 000009
式（７）中、ｐｋ（ｃ）は変異対象部位であるｋ番目のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基ｃに交換したときの交換の好ましさ、ｓＰＳＳＭｋ（ｏｒｉｇｉｎａｌ）は変異対象部位ｋの置換前のアミノ酸の種類のＰＳＳＭスコア、ｓＰＳＳＭｋ（ｃａｎｄｉｄａｔｅ  ｃ）は変異対象部位ｋの置換前のアミノ酸と異なる他の種類のアミノ酸ｃのＰＳＳＭスコアである。
【０１９４】
この後、置換後アミノ酸選定プログラム実行部は、変異対象部位ｋに対応する１９種類のアミノ酸のｐｋ（ｃ）の値を降順でソートし、これを参照して置換後アミノ酸を選定する（ステップＤＡ−１４）。
【０１９５】
ｐｋ（ｃ）の値がより大きくなるアミノ酸ｃは、変異対象部位のアミノ酸残基に代える置換後アミノ酸残基の種類として好適である。また、一般的に、利用者が望むのは、好適なすべてのアミノ酸の種類ではなく、最も置換効果が高いと期待される数種のアミノ酸の種類である。したがって、ステップＤＡ−１４では、ｐｋ（ｃ）の値に任意の閾値（たとえば、１．５）を設け、閾値以上のｐｋ（ｃ）の値を有するものであって、さらにこの中の上位Ｑ個を置換後アミノ酸として選定する。Ｑは最大１９の整数である。Ｑの値は、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）初期設定に従う。初期設定は、利用者が変更してもよい。
【０１９６】
そして、置換後アミノ酸選定プログラム実行部は、変異対象部位、置換前のアミノ酸の種類、他の１９種類のアミノ酸のｐｋ（ｃ）の値、選定した置換後アミノ酸の種類等を、記憶部に格納されている選定結果データベースの所定の記憶領域に、既に記録されている情報と相互に関連づけて追記し（ステップＤＡ−１５）、変異対象部位、置換前のアミノ酸の種類、選定した置換後アミノ酸の種類を、たとえばＡｌａ４５Ｌｙｓなる表記で、以降のアミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部に送る。
【０１９７】
なお、部分セグメントの統計を用いて、任意の変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する手段は、唯一無二でないので、前記ステップＤＡ−１２〜ＤＡ−１５に記載した手段と異なる手段にて、置換後アミノ酸を選定してもよい。
【０１９８】
ついで、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、アミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部の処理により、アミノ酸残基埋没性評価プログラムを実行する（ステップＤＡ−１６）。
【０１９９】
アミノ酸残基埋没性評価プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意の変異対象部位のアミノ酸残基がタンパク質の分子内部に埋没しているかを評価するプログラムである。利用者は、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）の初期設定を変更することによって、アミノ酸残基埋没性評価プログラムによる埋没性の評価を省略することができる。
【０２００】
ここで、ステップＤＡ−１６において、アミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部により実行されるアミノ酸残基埋没性評価プログラム処理の詳細について図１２を参照して説明する。図１２は、本実施の最良形態における本システムのアミノ酸残基埋没性評価プログラム処理の一例を示すフローチャートである。
【０２０１】
まず、アミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部は、アミノ酸残基の埋没性を評価するか否かを、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）の初期設定に従い、判定する（ステップＢ−１）。
【０２０２】
ステップＢ−１において、アミノ酸残基埋没性の評価を省略することが選択されていた場合は、置換後アミノ酸選定プログラム実行部より送られた、選定した置換後アミノ酸の種類をそのままメイン処理に返し（ステップＢ−２）、アミノ酸残基埋没性評価プログラム処理を終了する。
【０２０３】
一方、ステップＢ−１において、アミノ酸残基埋没性の評価を実行することが選択されていた場合は、まず、置換後アミノ酸選定プログラム実行部より送られた、選定した置換後アミノ酸の種類を用いて、置換前のアミノ酸の側鎖と置換後のアミノ酸の側鎖のサイズを比較する（ステップＢ−３）。
【０２０４】
ステップＢ−３において、置換後のアミノ酸の側鎖のサイズが置換前のアミノ酸の側鎖より小さかった場合は、置換後アミノ酸選定プログラム実行部より送られた、選定した置換後アミノ酸の種類をそのままメイン処理に返し（ステップＢ−４）、アミノ酸残基埋没性評価プログラム処理を終了する。
【０２０５】
一方、ステップＢ−３において、置換後のアミノ酸の側鎖のサイズが置換前のアミノ酸の側鎖より大きかった場合は、ステップＤＡ−３において配列結果データベースに記録した立体構造原子座標データを呼び出し（ステップＢ−５）、これを用いて変異対象部位であるｉ番目のアミノ酸残基の側鎖の天然状態における露出表面積ＡＳＡＦＯＬＤ，ＳＩＤＥ（ｉ）を算出する（ステップＢ−６）。
【０２０６】
露出表面積の定義は、当事業者において周知であり、たとえば「T. E. Creighton (1993) Proteins: Structures and Molecular Properties 2nd ed., W. Freeman and Company, New York, pp.227-232」等の非特許文献にて詳説されている。また、タンパク質分子の露出表面積の算出法は、当事業者において周知であり、公知の情報をもとにプログラム化することも、あるいは、たとえば、Sｕｒｆａｃｅ  Ｒａｃｅｒ  ３．０  ｆｏｒ  Ｌｉｎｕｘ(Dr. Oleg Tsodikov, The University of Michigan)などのインターネットで入手可能なフリーのソフトウエアを用いて実装することもできる。
【０２０７】
ついで、変異対象部位であるｉ番目のアミノ酸残基の側鎖の変性状態における露出表面積ＡＳＡＵＮＦＯＬＤ，ＳＩＤＥ（ｉ）を、記憶部に格納されている変性状態露出表面積テーブルを参照し、決定する（ステップＢ−７）。
【０２０８】
ステップＢ−７では、タンパク質の変性状態はタンパク質の種類によらず一定であり、すなわち変性状態における露出表面積はアミノ酸残基ごとに常に一定と仮定して、あらかじめ算出された２０種類のアミノ酸残基のＡＳＡＵＮＦＯＬＤ，ＳＩＤＥ（ｉ）が記録されている変性状態露出表面積テーブルから該当する値を呼び出すことで、ＡＳＡＵＮＦＯＬＤ，ＳＩＤＥ（ｉ）を決定する。ついで、以下の式（８）で定義される露出表面積比Ｒを算出する（ステップＢ−８）。
【数９】
0005252341.tif 000010
式（８）中、Ｒｉは変異対象部位であるｉ番目のアミノ酸残基の露出表面積比を表す。なお、ステップＢ−８において、ｉ番目のアミノ酸残基が側鎖を有しないグリシンであった場合は、側鎖に代わりアミノ酸残基全体を対象として、天然状態における露出表面積と変性状態における露出表面積をそれぞれステップＢ−６、Ｂ−７で算出し、それらの比をＲとする。
【０２０９】
この後、ステップＢ−８で算出したＲの値を、記憶部に格納されている選定結果データベースの所定の記憶領域に、既に記録されている情報と相互に関連づけて追記し（ステップＢ−９）、ついで、Ｒの値を参照し、変異対象部位のアミノ酸残基の埋没性を評価する（ステップＢ−１０）。
【０２１０】
Ｒｉの値が大きいということは天然状態の立体構造において、ｉ番目のアミノ酸残基の側鎖の埋没性が小さく、大部分が溶媒に露出していることを意味する。したがって、置換後のアミノ酸残基の側鎖のサイズが置換前に比べて大きくなる場合も、タンパク質分子全体に与えるストレスが少ないことが予想される。
【０２１１】
一方、算出したＲｉの値が小さい部位はアミノ酸残基の埋没性が大きいと評価し、このような部位で置換後のアミノ酸残基の側鎖のサイズが置換前に比べて大きくなる場合は、その置換は許容されないことが予想される。
【０２１２】
したがって、ステップＢ−１０では、Ｒの値に任意の閾値（たとえば、０．３）を設け、置換後アミノ酸選定プログラム実行部より送られた、選定した置換後アミノ酸の種類のうち、閾値以上のＲを示す置換後アミノ酸のみを有効として残す。
【０２１３】
最後に、残した置換後アミノ酸のみを、記憶部に格納されている選定結果データベースの所定の記憶領域に、既に記録されている情報と相互に関連づけて追記し（ステップＢ−１１）、同様の内容をメイン処理に返し（ステップＢ−１２）、アミノ酸残基埋没性評価プログラム処理を終了する。
【０２１４】
なお、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意の変異対象部位のアミノ酸残基がタンパク質の分子内部に埋没しているかを評価する手法は、唯一無二でないので、前記ステップＢ−１〜ステップＢ−１２に記載した手段と異なる手段にて、アミノ酸残基の埋没性を評価してもよい。
【０２１５】
図１０に戻り、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）は、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部の処理により、変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する。変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部は、アミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部の処理を経た置換後アミノ酸選定プログラム実行部の結果を用いて、これらの組み合わせからなる点置換配列または多重置換配列を作成する（ステップＤＡ−１７）。
【０２１６】
ステップＤＡ−１７において、たとえば、利用者が変異対象部位として３箇所を指定したとして、それぞれ３、２、４種類の置換後アミノ酸が結果として得られた場合は、合計５９（＝４×３×５−１）種類の変異型タンパク質のアミノ酸配列を作成する。
【０２１７】
ついで、これらの変異型タンパク質のアミノ酸配列のそれぞれについて、以下の式（９）で定義される変異体適正スコアＩＳを算出する（ステップＤＡ−１８）。
【数１０】
0005252341.tif 000011
式（９）中、ＩＳは、置換後アミノ酸選定プログラム実行部で算出した交換の好ましさｐｋ（ｃ）の対数を、作成した変異型タンパク質のアミノ酸配列のすべての変異対象部位について足し合わせたもので、変異型タンパク質のアミノ酸配列としての適正度を示すスコアである。ＩＳの値が高いほど好適なアミノ酸配列であることを示す。
【０２１８】
この後、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部は、ステップＤＡ−１７で作成したアミノ酸配列を、ＩＳの値を用いて降順にソートし、記憶部に格納されている選定結果データベースの所定の記憶領域に、既に記録されている情報と相互に関連づけて追記する（ステップＤＡ−１９）。
【０２１９】
最後に、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部は、入出力制御インターフェース部を介して、利用者に対して、選定結果データベースに記録した以下の情報を出力し（ステップＤＡ−２０）、メイン処理を終了する。利用者に、出力する情報は、入力したタンパク質の立体構造原子座標データの識別番号、入力したタンパク質のアミノ酸配列情報、指定した変異対象部位、各種のパラメータ（変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションに対応する二面角、位置特異的スコア行列、交換の好ましさ、露出表面積比など）、および設計された変異型タンパク質のアミノ酸配列とその変異体適正スコア等である。
【０２２０】
図１３は、本実施の最良形態における変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）のメイン処理の一例を示すフローチャートである。変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、目的構造入力部の処理により、利用者に対して目的のタンパク質の立体構造原子座標データまたは目的のタンパク質の立体構造原子座標データの識別番号を、入出力制御インターフェース部を介して、入力させる（ステップＤＢ−１）。
【０２２１】
ついで、目的構造入力部の処理により、利用者が入力した目的のタンパク質の立体構造原子座標データを確認または取得する（ステップＤＢ−２）。ここで、ステップＤＢ−２において、目的構造入力部により実行される立体構造原子座標データ確認・取得処理は、図８を参照して上記に説明したのと同一の処理を実行する。すなわち、ステップＰ−１からステップＰ−１１の処理である。
【０２２２】
その後、図１３に戻り、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、予測プログラム実行部の処理により、目的構造入力部から送られた立体構造原子座標データに対して、予測プログラムを実行する（ステップＤＢ−３）。
【０２２３】
実行する予測プログラムは、安定化部分セグメント予測プログラム、あるいは弱相互作用アミノ酸残基予測プログラム、あるいは統合プログラムのいずれかである。いずれかを実行するかは、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）の初期設定に従う。初期設定は、利用者が変更してもよい。
【０２２４】
ステップＤＢ−３において、予測プログラム実行部により実行される予測プログラム処理は、図９を参照して上記に説明したのと同一の処理を実行する。すなわち、ステップＲ−１からステップＲ−１０の処理である。
【０２２５】
なお、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントをタンパク質の立体構造原子座標データをもとに予測する処理を行う具体的手段は、唯一無二ではないので、前記ステップＲ−２からＲ−５に記載した手段と異なる手段にて配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測してもよい。
【０２２６】
また、配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基をタンパク質の立体構造座標データをもとに予測する処理を行う手段は、唯一無二ではないので、前記ステップＲ−６からＲ−８に記載した手段と異なる手段にて配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測してもよい。
【０２２７】
また、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントであって、かつ配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を、タンパク質の立体構造座標データをもとに予測する処理を行う手段は、唯一無二ではないので、前記ステップＲ−２、Ｒ−３、Ｒ−４、Ｒ−６、Ｒ−７、Ｒ−９、Ｒ−１０に記載した手段と異なる手段にて配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントであって、かつ配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測してもよい。
【０２２８】
再び、図１３に戻り、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、変異対象部位選定部の処理により、予測プログラム実行部から送られた予測結果に基づき変異対象部位の選定に進む。
【０２２９】
まず、変異対象部位選定部は、予測プログラム実行部から送られた予測結果が、安定化部分セグメント予測プログラムの結果か、弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムの結果か、統合プログラムの結果かを判断する（ステップＤＢ−４）。
【０２３０】
ステップＤＢ−４において、予測プログラム実行部から送られた予測結果が安定化部分セグメント予測プログラムの結果と判断した場合は、図７を参照して上記に説明したタンパク質の変異対象部位選定装置の変異対象部位選定部におけるステップＳ−５〜Ｓ−７と同一の処理を実行し（ステップＤＢ−５〜ＤＢ−７）、入力された立体構造原子座標データと選定した変異対象部位を以降の部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部に送る。
【０２３１】
一方、ステップＤＢ−４において、予測プログラム実行部から送られた予測結果が弱相互作用アミノ酸残基予測プログラムの結果と判断した場合は、図７を参照して上記に説明したタンパク質の変異対象部位選定装置の変異対象部位選定部におけるステップＳ−８、Ｓ−９、Ｓ−７と同一の処理を実行し（ステップＤＢ−８、ＤＢ−９、ＤＢ−７）、入力された立体構造原子座標データと選定した変異対象部位を以降の部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部に送る。
【０２３２】
一方、ステップＤＢ−４において、予測プログラム実行部から送られた予測結果が統合プログラムの結果と判断した場合は、図７を参照して上記に説明したタンパク質の変異対象部位選定装置の変異対象部位選定部におけるステップＳ−１０、Ｓ−１１、Ｓ−７と同一の処理を実行し（ステップＤＢ−１０、ＤＢ−１１、ＤＢ−７）、入力された立体構造原子座標データと選定した変異対象部位を以降の部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部に送る。
【０２３３】
ついで、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部の処理により、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラムを実行する。
【０２３４】
部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラムは、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意のセグメントの主鎖のコンフォメーションを特定するプログラムである。ここでは、ステップＤＢ−７において変異対象部位選定部から送られた立体構造原子座標データを用いて、ステップＤＢ−７において変異対象部位選定部から送られた変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する。
【０２３５】
ここで、ｋ番目のアミノ酸残基を含む部分セグメントは、ｋ−ｗＬ番目からｋ＋ｗＲ番目のアミノ酸残基で構成されるセグメントと定義される。ｗＬは左側ウィンドウ幅、ｗＲは右側ウィンドウ幅をそれぞれ表し、詳細は、図１０を参照して上記に説明したとおりである。ｗＬとｗＲの値は、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）の初期設定に従う。初期設定は、利用者が変更してもよい。
【０２３６】
また、ｗ＝ｗＬ＋ｗＲ＋１で定義されるｗはウィンドウ幅を表し、ｋ番目のアミノ酸残基の“配列上近傍のアミノ酸残基”を表現するパラメータである。ｗは部分セグメントのセグメント長に相当する。
【０２３７】
まず、部分セグメント主鎖コンフォメーション特定プログラム実行部は、ステップＤＢ−７において目的構造入力部から送られた立体構造原子座標データを用いて、目的のタンパク質のすべての主鎖の二面角（φ角、ψ角、ω角）を算出する（ステップＤＢ−１２）。二面角の定義は、図１０を参照して上記に説明したとおりである。
【０２３８】
次に、ステップＤＢ−７において変異対象部位選定部から変異対象部位として送られたk番目のアミノ酸残基を含む部分セグメントの主鎖の二面角を抜き出す（ステップＤＢ−１３）。そして、抜き出した部分セグメント主鎖二面角を、記憶部に格納されている配列結果データベースの所定の記憶領域に、既に記録されている情報と相互に関連づけて追記すると共に（ステップＤＢ−１４）、以降の安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部に送る。
【０２３９】
なお、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意のセグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する手法は、唯一無二でないので、前記ステップＤＢ−１２〜ステップＤＢ−１４に記載した手段と異なる手段にて、たとえば直交座標系や極座標系などの手段にて、任意のセグメントの主鎖のコンフォメーションを特定してもよい。
【０２４０】
ついで、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部の処理により、安定化アミノ酸配列予測プログラムを実行する（ステップＤＢ−１５）。ステップＤＢ−１５において、安定化アミノ酸配列予測プログラム実行部により実行される安定化アミノ酸配列予測プログラム処理は、図１１を参照して上記に説明したのと同一の処理を実行する。すなわち、ステップＬ−１〜ステップＬ−９の処理である。
【０２４１】
なお、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意の主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行う手法は、唯一無二でないので、前記ステップＬ−１〜ステップＬ−９に記載した手段と異なる手段にて、たとえば分子力学計算法、分子動力学的計算法、分子軌道法、アミノ酸配列相同性検索法、核酸配列相同性検索法、その他公知の手段にて、安定に形成するアミノ酸配列を特定してもよい。
【０２４２】
再び、図１３に戻り、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、置換後アミノ酸選定プログラム実行部の処理により、置換後アミノ酸選定プログラムを実行する。置換後アミノ酸選定プログラム実行部は、図１０を参照して上記に説明した変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）の置換後アミノ酸選定プログラム実行部におけるステップＤＡ−１２〜ＤＡ−１５と同一の処理を実行し（ステップＤＢ−１６〜ＤＢ−１９）、選定した置換後アミノ酸の種類を以降のアミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部に送る。ステップＤＢ−１８において、Ｑの値は、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）初期設定に従う。初期設定は、利用者が変更してもよい。
【０２４３】
なお、部分セグメントの統計を用いて、任意の変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する手段は、唯一無二でないので、前記ステップＤＢ−１６〜ＤＢ−１９に記載した手段と異なる手段にて、置換後アミノ酸を選定してもよい。
【０２４４】
ついで、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、アミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部の処理により、アミノ酸残基埋没性評価プログラムを実行する（ステップＤＢ−２０）。なお、利用者は、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）の初期設定を変更することによって、アミノ酸残基埋没性評価プログラムによる埋没性の評価を省略することができる。
【０２４５】
ここで、ステップＤＢ−２０において、アミノ酸残基埋没性評価プログラム実行部により実行されるアミノ酸残基埋没性評価プログラム処理は、図１２を参照して上記に説明したのと同一の処理を実行する。すなわち、ステップＢ−１からステップＢ−１２の処理である。
【０２４６】
なお、タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、任意の変異対象部位のアミノ酸残基がタンパク質の分子内部に埋没しているかを評価する手法は、唯一無二でないので、前記ステップＢ−１〜ステップＢ−１２に記載した手段と異なる手段にて、アミノ酸残基の埋没性を評価してもよい。
【０２４７】
再び、図１３に戻り、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部の処理により、変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計する。変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部は、図１０を参照して上記に説明した変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部におけるステップＤＡ−１７〜ＤＡ−１９と同一の処理を実行する（ステップＤＢ−２１〜ＤＢ−２３）。
【０２４８】
最後に、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計部は、入出力制御インターフェース部を介して、利用者に対して、選定結果データベースに記録した以下の情報を出力し（ステップＤＢ−２４）、メイン処理を終了する。利用者に、出力する情報は、
（１）入力したタンパク質の立体構造原子座標データの識別番号、
（２）入力したタンパク質のアミノ酸配列情報、
（３）アミノ酸残基ごとの各種のパラメータ（コンタクト原子数、局所コンタクト数密度、局所コンタクト指数、非局所コンタクト原子数、非局所コンタクト指数、変異適性指数など）、
（４）選定された変異対象部位、その他の各種のパラメータ（変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションに対応する二面角、位置特異的スコア行列、交換の好ましさ、露出表面積比など）、および
（５）設計された変異型タンパク質のアミノ酸配列とその変異体適正スコア等
である。
【０２４９】
［他の実施の形態］
以上、これまで本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の最良形態以外にも、前記特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。
【０２５０】
例えば、タンパク質の変異対象部位選定装置あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）がスタンドアローンの形態で変異対象部位の選定あるいはアミノ酸配列の設計を行う場合を一例に説明したが、これらの装置とは別筐体で構成されるクライアント端末からの要求に応じて変異対象部位の選定あるいはアミノ酸配列の設計を行い、その予測結果を当該クライアント端末に返却するように構成してもよい。
【０２５１】
また、実施の最良形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種の登録データや検索条件等のパラメータを含む情報、画面例、データベース構成については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。式（１）〜式（１０）に表した指数等も、任意に変更することができる。
【０２５２】
また、タンパク質の変異対象部位選定装置あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、これらの装置が備える処理機能、特に制御部にて行なわれる各処理機能については、その全部または任意の一部を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）および当該ＣＰＵにて解釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウエアとして実現することも可能である。なお、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じてタンパク質の変異対象部位選定装置あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）に機械的に読み取られる。
【０２５３】
また、このプログラムは、タンパク質の変異対象部位選定装置あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）に対して任意のネットワークを介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記録されてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。
【０２５４】
また、記憶部に格納される各種のデータベース等は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラムやテーブルやファイルやデータベースやウェブページ用ファイル等を格納する。
【０２５５】
また、タンパク質の変異対象部位選定装置あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理端末等の情報処理装置にプリンタやモニタやイメージスキャナ等の周辺装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア（プログラム、データ等を含む）を実装することにより実現してもよい。
【０２５６】
さらに、タンパク質の変異対象部位選定装置あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、各データベースを独立したデータベース装置として独立に構成してもよく、また、処理の一部をＣＧＩ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｇａｔｅｗａｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を用いて実現してもよい。
【０２５７】
また、本発明にかかるタンパク質の変異対象部位選定装置あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）のプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。ここで、「記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等の任意の「可搬用の物理媒体」や、各種コンピュータシステムに内蔵されるＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤ等の任意の「固定用の物理媒体」、あるいは、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線や搬送波のように、短期にプログラムを保持する「通信媒体」を含むものとする。
【０２５８】
また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールやライブラリとして分散構成されるものや、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。
【０２５９】
また、ネットワークは、タンパク質の変異対象部位選定装置あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）と外部システムとを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネットや、イントラネットや、ＬＡＮ（有線／無線の双方を含む）や、ＶＡＮや、パソコン通信網や、公衆電話網（アナログ／デジタルの双方を含む）や、専用回線網（アナログ／デジタルの双方を含む）や、ＣＡＴＶ網や、ＩＭＴ２０００方式、ＧＳＭ方式またはＰＤＣ／ＰＤＣ―Ｐ方式等の携帯回線交換網／携帯パケット交換網や、無線呼出網や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の局所無線網や、ＰＨＳ網や、ＣＳ、ＢＳまたはＩＳＤＢ等の衛星通信網等のうちいずれかを含んでもよい。すなわち、本システムは、有線・無線を問わず任意のネットワークを介して、各種データを送受信することができる。
【０２６０】
また、ネットワークは、タンパク質の変異対象部位選定装置あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）あるいは変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）と外部システムとを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネットや、イントラネットや、ＬＡＮ（有線／無線の双方を含む）や、ＶＡＮや、パソコン通信網や、公衆電話網（アナログ／デジタルの双方を含む）や、専用回線網（アナログ／デジタルの双方を含む）や、ＣＡＴＶ網や、ＩＭＴ２０００方式、ＧＳＭ方式またはＰＤＣ／ＰＤＣ―Ｐ方式等の携帯回線交換網／携帯パケット交換網や、無線呼出網や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の局所無線網や、ＰＨＳ網や、ＣＳ、ＢＳまたはＩＳＤＢ等の衛星通信網等のうちいずれかを含んでもよい。すなわち、本システムは、有線・無線を問わず任意のネットワークを介して、各種データを送受信することができる。
【０２６１】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０２６２】
（実施例１）
本実施例においては、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力ステップと、上記ステップで入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを予測する処理を行う安定化部分セグメント予測ステップを例示する。
【０２６３】
まず、以下の表１に示すタンパク質の立体構造原子座標データを、国際的な公共データベースであるProtein Data Bank（PDB;http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do）よりダウンロードし、これらを以降のステップに入力した。
【表１】
0005252341.tif 000012
ついで、以下で定義されるコンタクト原子数（ｃｏｎｔａｃｔ  ａｔｏｍ  ｎｕｍｂｅｒ）を各タンパク質分子（またはサブユニット）の立体構造原子座標データを用いて算出した。
【数１１】
0005252341.tif 000013
ここで、ｎｉ，ｊは、残基ｉと残基ｊの間のコンタクト原子数（ｉ≠ｊ）、Ｎはタンパク質分子（またはサブユニット）の鎖長を表す。Ｃｐ，ｑはタンパク質分子内の水素原子を除く重原子ｐと重原子ｑの間のコンタクト数であり、Ｃｐ，ｑは２つの重原子の中心間の距離が閾値ｄ以内なら１、そうでなければ０となる二値変数である。本実施例では、ｄ＝０．５ｎｍと固定して計算した。算出した結果の例として、表１に示すタンパク質のｎｉ，ｊを図１４に示す。
【０２６４】
図１４において、横軸、縦軸は各タンパク質のアミノ酸番号を示し、横軸のアミノ酸番号ｉと縦軸のアミノ酸番号ｊの交点は、タンパク質中の２つのアミノ酸番号で特定されるアミノ酸残基間のｎｉ，ｊの値をその濃淡で示したものである。
【０２６５】
図１４によれば、各タンパク質において、アミノ酸番号の近いアミノ酸残基間と大きいコンタクト原子数を示すアミノ酸残基や、遠方に位置するアミノ酸残基と大きいコンタクト原子数を示すアミノ酸残基が存在することが明らかである。
【０２６６】
次に、以下で定義される局所コンタクト数密度（ｌｏｃａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｎｕｍｂｅｒ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を算出した。
【数１２】
0005252341.tif 000014
ここで、Ｄｌｏｃｋはｋ番目のアミノ酸残基の局所コンタクト数密度を表す。ｗ、ｗＬ、ｗＲは、それぞれウィンドウ幅、左側ウィンドウ幅、右側ウィンドウ幅を表す。図１４において、正方形で表される一辺ｗの正方形の内部のｎｉ，ｊを足し合わせた値の１／２が局所コンタクト数密度Ｄｌｏｃｋに相当することになる。なお、ｗは、“配列上近傍のアミノ酸残基”を表現するパラメータである。即ち、ｋ−ｗＬ番目からｋ＋ｗＲ番目のアミノ酸残基をｋ番目のアミノ酸残基の配列上近傍に位置するアミノ酸残基と見なす。本実施例ではｗＬ＝ｗＲ＝４、すなわちｗ＝９と固定して計算した。
【０２６７】
次に、以下で定義される局所コンタクト指数（ｌｏｃａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｉｎｄｅｘ）を算出した。
【数１３】
0005252341.tif 000015
【数１４】
0005252341.tif 000016
ここでＩｌｏｃｋはｋ番目のアミノ酸残基の局所コンタクト指数、μＤｌｏｃはＤｌｏｃの平均値、σＤｌｏｃはＤｌｏｃの標準偏差を表す。タンパク質が、ｗを単位とする部分セグメントにより構成されると考えると、アミノ酸残基が局所的に密に接触している部分セグメントのＩｌｏｃは正の値として、局所的に疎に接触している部分セグメントのＩｌｏｃは負の値として表される。算出した結果の例として、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の場合のＩｌｏｃ算出結果を図１５に示す。これによれば、局所コンタクト指数Ｉｌｏｃが正で大きい値を示す領域と負の領域があることが明確に分かる。
【０２６８】
本実施例では、局所コンタクト指数Ｉｌｏｃの値が０．５より大きい領域を、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントであると予測する処理を行った。なお、本実施例の計算は、ｉｎｔｅｌ  ｆｏｒｔｒａｎ  ｃｏｍｐｌｉｅｒ  ｆｏｒ  ｌｉｎｕｘ  ｖｅｒ９．０  （インテル）を用いて新たに開発したプログラム、Ｒｅｄ  Ｈａｔ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ  Ｌｉｎｕｘ  ＷＳ  ｒｅｌｅａｓｅ  ３  （Ｔａｒｏｏｎ  Ｕｐｄａｔｅ  ８）（レッドハット）（以上ソフトウエア）、Ｄｅｌｌ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ３７０（デル）（以上ハードウエア）を用いて行った。
【０２６９】
（実施例２）
本実施例においては、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力ステップと、上記ステップで入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、該タンパク質のアミノ酸配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を予測する処理を行う弱相互作用アミノ酸残基予測ステップを例示する。まず、実施例１と同様にＰｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の立体構造原子座標データをダウンロードし、これらを以降のステップに入力した。
【０２７０】
ついで、各タンパク質分子（またはサブユニット）について、以下で定義される非局所コンタクト原子数（ｎｏｎ−ｌｏｃａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ  ａｔｏｍ  ｎｕｍｂｅｒ）を計算した。
【数１５】
0005252341.tif 000017
ここでＮｎｌｉはｉ番目のアミノ酸残基の非局所コンタクト原子数である。Ｎはタンパク質分子（またはサブユニット）の鎖長を表す。Ｃ’ｐ’，ｑはアミノ酸残基ｉの側鎖の重原子ｐ’とアミノ酸残基ｊの重原子ｑとの間のコンタクト数で、２つの重原子の中心間の距離が閾値ｄ以内なら１、そうでなければ０となる二値変数である。本実施例では、ｄ＝０．５ｎｍと固定して計算した。なお、アミノ酸残基ｉがＧｌｙの場合はＣ’ｐ’，ｑは０とした。ｗＬとｗＲはそれぞれ左側ウィンドウ幅、右側ウィンドウ幅で、本実施例では上記実施例１と同様にｗＬ＝ｗＲ＝４として固定して計算した。上式は、すべてのアミノ酸残基に対するコンタクト数の和から配列上近傍のアミノ酸残基に対するコンタクト数の和を除いたものなので、配列上遠方のアミノ酸残基と多数接触している側鎖をもつアミノ酸残基は大きなＮｎｌ値を示すことになる。
【０２７１】
次に、以下の式で定義される非局所コンタクト指数（ｎｏｎ−ｌｏｃａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｉｎｄｅｘ）を算出した。
【数１６】
0005252341.tif 000018
ここでＩｎｌｉはｉ番目のアミノ酸残基の非局所コンタクト指数である。αは非局所コンタクト数の縮減を意図する任意の定数で、本実施例ではα＝３として固定して計算した。上式より、配列上遠方のアミノ酸残基との接触が無いアミノ酸残基のＩｎｌは１であり、接触が多いアミノ酸残基のＩｎｌは０に近づく。算出した結果の例として、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の場合のＩｎｌを図１６に示す。図１５と対比すれば明らかように、Ｉｌｏｃの値がより大きい領域、すなわち、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている領域においても配列上遠方のアミノ酸残基と強く相互作用しているアミノ酸残基（Ｉｎｌの値がより小さいアミノ酸残基）があることが分かる。
【０２７２】
本実施例では、Ｉｎｌの値が０．２より大きいアミノ酸残基を、配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基であると予測する処理を行った。なお、本実施例の計算は、ｉｎｔｅｌ  ｆｏｒｔｒａｎ  ｃｏｍｐｌｉｅｒ  ｆｏｒ  ｌｉｎｕｘ  ｖｅｒ９．０  （インテル）を用いて新たに開発したプログラム、Ｒｅｄ  Ｈａｔ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ  Ｌｉｎｕｘ  ＷＳ  ｒｅｌｅａｓｅ  ３  （Ｔａｒｏｏｎ  Ｕｐｄａｔｅ  ８）（レッドハット）（以上ソフトウエア）、Ｄｅｌｌ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ３７０（デル）（以上ハードウエア）を用いて行った。
【０２７３】
（実施例３）
本実施例においては、安定化部分セグメント予測ステップの出力と弱相互作用アミノ酸残基予測ステップの出力を統合する統合ステップと、上記統合ステップで統合されたアミノ酸残基をタンパク質の変異対象部位として選定する変異対象部位選定ステップを例示する。
【０２７４】
実施例１により得られた局所コンタクト指数Ｉｌｏｃの算出値と実施例２により得られた非局所コンタクト指数Ｉｎｌの算出値を用いて、以下の式で定義される変異適性指数（ｇｏｏｄ  ｍｕｔａｔｉｏｎ  ｉｎｄｅｘ）を算出した。
【数１７】
0005252341.tif 000019
ここで、ＩＭｉはｉ番目のアミノ酸残基の変異適性指数を示す。
【０２７５】
算出した結果の例として、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の場合のＩＭを図１７に示す。その値が大きいほど、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントであって、かつ配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基であると予測する処理を行った。また、変異適正指数が高いアミノ酸番号のアミノ酸残基は、変異対象部位として好適であるとする判定処理を行った。
【０２７６】
この結果に基づいて、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）について、本実施例では、ＩＭｉ＞０．５のアミノ酸残基、即ち、Ａｌａ２４、Ｔｈｒ２５、Ｌｙｓ２８、Ｇｌｎ３２、Ａｓｎ３５、Ａｓｐ３６、Ａｓｎ３７、Ａｓｐ４７、Ａｌａ４８、Ｔｈｒ４９を変異対象部位として選定する選定処理を行っている。
【０２７７】
なお、本実施例の計算は、ｉｎｔｅｌ  ｆｏｒｔｒａｎ  ｃｏｍｐｌｉｅｒ  ｆｏｒ  ｌｉｎｕｘ  ｖｅｒ９．０  （インテル）を用いて新たに開発したプログラム、Ｒｅｄ  Ｈａｔ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ  Ｌｉｎｕｘ  ＷＳ  ｒｅｌｅａｓｅ  ３（Ｔａｒｏｏｎ  Ｕｐｄａｔｅ  ８）（レッドハット）（以上ソフトウエア）、Ｄｅｌｌ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ３７０（デル）（以上ハードウエア）を用いて行った。
【０２７８】
（実施例４）
本実施例においては、目的のタンパク質の立体構造原子座標データを入力する座標入力ステップと、該タンパク質のアミノ酸配列の中から変異の対象とする部位を指定する変異対象部位指定ステップと、上記ステップで入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記ステップで指定された変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する部分セグメント主鎖コンフォメーション特定ステップを例示する。
【０２７９】
まず、実施例１と同様にＰｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の立体構造原子座標データをダウンロードし、これらを以降のステップに入力した。
【０２８０】
次に、実施例３で選定したＡｌａ２４、Ｔｈｒ２５、Ｌｙｓ２８、Ｇｌｎ３２、Ａｓｎ３５、Ａｓｐ３６、Ａｓｎ３７、Ａｓｐ４７、Ａｌａ４８、Ｔｈｒ４９を変異対象部位として指定する処理を行った。
【０２８１】
この後、これらを用いてＰｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の主鎖二面角（φ角，ψ角，ω角）を計算した。主鎖二面角の定義は、「有坂、バイオサイエンスのための蛋白質科学入門」を参照した。ついで、変異対象部位を含むｋ−ｗＬ番目からｋ＋ｗＲ番目のアミノ酸残基で構成される部分セグメントの主鎖二面角を抜き出すことにより、変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定した。ｗＬとｗＲはそれぞれ左側ウィンドウ幅、右側ウィンドウ幅で、本実施例では上記実施例１と同様にｗＬ＝ｗＲ＝４と固定して計算した。算出した結果の例として、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の部分セグメント（４３−５１）の場合を図１８に示す。
【０２８２】
なお、本実施例の計算は、ｉｎｔｅｌ  ｆｏｒｔｒａｎ  ｃｏｍｐｌｉｅｒ  ｆｏｒ  ｌｉｎｕｘ  ｖｅｒ９．０  （インテル）を用いて新たに開発したプログラム、Ｒｅｄ  Ｈａｔ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ  Ｌｉｎｕｘ  ＷＳ  ｒｅｌｅａｓｅ  ３  （Ｔａｒｏｏｎ  Ｕｐｄａｔｅ  ８）（レッドハット）（以上ソフトウエア）、Ｄｅｌｌ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ３７０（デル）（以上ハードウエア）を用いて遂行した。
【０２８３】
（実施例５）
本実施例においては、特定された主鎖コンフォメーションを安定に形成するアミノ酸配列を予測する処理を行う安定形成アミノ酸配列予測ステップを例示する。
【０２８４】
まず、実施例４で算出した、Ａｌａ２４、Ｔｈｒ２５、Ｌｙｓ２８、Ｇｌｎ３２、Ａｓｎ３５、Ａｓｐ３６、Ａｓｎ３７、Ａｓｐ４７、Ａｌａ４８、Ｔｈｒ４９を変異対象部位とするＰｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の１０個の部分セグメントの主鎖二面角の値を、(独)産業技術総合研究所で開発され、公開されているタンパク質局所構造データベースＰｒｏＳｅｇ(http://riodb.ibase.aist.go.jp/proseg/index.html)の検索ウィンドウにそれぞれ入力し、実施例４で特定した部分セグメントの主鎖コンフォメーションと類似した主鎖のコンフォメーションを有するタンパク質の局所構造クラスタを検索した。ついで、それぞれの部分セグメントについて、最も類似した局所構造クラスタの統計値の詳細を表示させた。結果の例として、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の部分セグメント（４３−５１）を検索した場合に表示される位置特異的スコア行列（ＰＳＳＭ）を図１９に示す。これより、表示されるＰＳＳＭの各位置でスコアが高いアミノ酸の組み合わせからなる配列は、その主鎖のコンフォメーションを安定に形成すると予測した。
【０２８５】
なお、本実施例の計算は、ｉｎｔｅｌ  ｆｏｒｔｒａｎ  ｃｏｍｐｌｉｅｒ  ｆｏｒ  ｌｉｎｕｘ  ｖｅｒ９．０  （インテル）を用いて新たに開発したプログラム、ｆｉｒｅｆｏｘ  ｖｅｒ  ２．０．０．４  ｆｏｒ  ｌｉｎｕｘ（ｍｏｚｉｌｌａ．ｏｒｇ）、Ｒｅｄ  Ｈａｔ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ  Ｌｉｎｕｘ  ＷＳ  ｒｅｌｅａｓｅ  ３  （Ｔａｒｏｏｎ  Ｕｐｄａｔｅ  ８）（レッドハット）（以上ソフトウエア）、Ｄｅｌｌ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ３７０（デル）（以上ハードウエア）を用いて行った。
【０２８６】
（実施例６）
本実施例においては、予測された安定形成アミノ酸配列を用いて、変異対象部位のアミノ酸残基に置き換えて導入される他の種類のアミノ酸残基を選定する置換後アミノ酸残基選定ステップを例示する。
【０２８７】
まず、実施例５で得た位置特異的スコア行列（ＰＳＳＭ）を参照し、ＰＳＳＭスコアを用いて、以下で定義される交換の好ましさ（ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｆ  ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）を求めた。
【数１８】
0005252341.tif 000020
ここで、ｐｋ（ｃ）は変異対象部位であるｋ番目のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基ｃに交換したときの交換の好ましさ、ｓＰＳＳＭｋ（ｏｒｉｇｉｎａｌ）は変異対象部位ｋの置換前のアミノ酸残基のＰＳＳＭスコア、ｓＰＳＳＭｋ（ｃａｎｄｉｄａｔｅ  ｃ）は変異対象部位ｋの置換後のアミノ酸残基ｃのＰＳＳＭスコアである。
【０２８８】
この定義に従い、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の変異対象部位（Ａｌａ２４、Ｔｈｒ２５、Ｌｙｓ２８、Ｇｌｎ３２、Ａｓｎ３５、Ａｓｐ３６、Ａｓｎ３７、Ａｓｐ４７、Ａｌａ４８、Ｔｈｒ４９）を含む１０個の部分セグメントそれぞれについてｐｋ（ｃ）を計算した。なお、式（数式１８）に入力したＰＳＳＭスコアの値は、各部分セグメントのＰＳＳＭの中心に位置するアミノ酸残基（図１９における０番列）の数値を用いた。
【０２８９】
ついで、１０個の部分セグメントそれぞれについて、求めたｐｋ（ｃ）を降順でソートした。ｐｋ（ｃ）は変異対象部位ｋにおける置換後の効果の目安であり、ｐｋ（ｃ）が大きいほど大きな効果が期待できる。本実施例では、ｐｋ（ｃ）≧２．０となる交換についてのみ以降の検討に残すことにした。ただし、酸化による副反応が懸念されるＣｙｓへの交換は除外した。
【０２９０】
以上の例として、図２０に、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）における、１０箇所の変異対象部位の主なｐｋ（ｃ）の値を示す。図中に示した各アミノ酸置換のうち、Ａｌａ２４Ｇｌｕ、Ｔｈｅ２５Ｔｒｐ、Ｌｙｓ２８Ａｌａ、Ｇｌｎ３２Ａｌａ、Ｔｈｒ４９Ｔｈｒは、ｐｋ＜２．０のため除外し、Ａｓｎ３５Ｌｙｓ、Ａｓｐ３６Ｇｌｕ、Ａｓｎ３７Ｌｅｕ、Ａｓｐ４７Ｐｒｏ、Ａｌａ４８Ｌｙｓ、Ａｌａ４８Ｇｌｕを置換後アミノ酸残基として選定する処理を行った。
【０２９１】
ちなみに上記Ｔｈｒ４９Ｔｈｒが意味することは、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の４９番目のスレオニン残基においては、同様あるいは類似のコンフォメ―ションの対応位置においてもスレオニン残基がもっとも高い頻度で位置しており、すなわち、天然のアミノ酸残基が最適のアミノ酸残基であったことを示している。
【０２９２】
なお、本実施例の計算は、ｉｎｔｅｌ  ｆｏｒｔｒａｎ  ｃｏｍｐｌｉｅｒ  ｆｏｒ  ｌｉｎｕｘ  ｖｅｒ９．０  （インテル）を用いて新たに開発したプログラム、Ｒｅｄ  Ｈａｔ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ  Ｌｉｎｕｘ  ＷＳ  ｒｅｌｅａｓｅ  ３  （Ｔａｒｏｏｎ  Ｕｐｄａｔｅ  ８）（レッドハット）（以上ソフトウエア）、Ｄｅｌｌ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ３７０（デル）（以上ハードウエア）を用いて行った。
【０２９３】
（実施例７）
本実施例においては、入力された該タンパク質の立体構造原子座標データを用いて、上記ステップで指定された変異対象部位のアミノ酸残基がタンパク質の分子内部に埋没しているかを評価するアミノ酸残基埋没性評価ステップを例示する。
【０２９４】
アミノ酸残基の置換を行う計画において、置換後のアミノ酸残基の側鎖のサイズが置換前に比べて大きくなる場合については、置換前のアミノ酸残基の、以下で定義される露出表面積比（ｒａｔｉｏ  ｏｆ  ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｒｅａ）を算出して検討した。
【数１９】
0005252341.tif 000021
ここでＲｉはｉ番目のアミノ酸残基の露出表面積比、ＡＳＡＦＯＬＤ，ＳＩＤＥ（ｉ）はｉ番目のアミノ酸残基の側鎖の天然状態における露出表面積、ＡＳＡＵＮＦＯＬＤ，ＳＩＤＥ（ｉ）はｉ番目のアミノ酸残基の側鎖の変性状態における露出表面積を示す。
【０２９５】
本実施例において、露出表面積（Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｒｅａ）の定義は、「Ooi, et al., 1987, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84, 3086-3090.」を参照した。また、変性状態の構造モデルとしては、トリペプチドＧｌｙ−Ｘａａ−Ｇｌｙを採用した。すなわち、ＡＳＡＵＮＦＯＬＤ，ＳＩＤＥ（ｉ）はＡＳＡＧＸＧ，ＳＩＤＥ（Ｘｉ）と等しいとみなした。また、ｉ番目のアミノ酸残基が、側鎖が存在しないアミノ酸残基（つまりＧｌｙ）であった場合は、Ｇｌｙの主鎖部分の露出表面積の比をＲｉとみなした。以上をまとめると式（数式１９）は以下のごとく書き換えられる。
【数２０】
0005252341.tif 000022
ここでＡＳＡＦＯＬＤ，ＳＩＤＥ（ｉ）はｉ番目のアミノ酸残基（Ｇｌｙ以外）の側鎖の天然状態における露出表面積、ＡＳＡＧＸＧ，ＳＩＤＥ（Ｘｉ）はｉ番目のアミノ酸残基（Ｇｌｙ以外）と同じ種類のアミノ酸残基Ｘａａが中心に配置されたトリペプチドＧｌｙ−Ｘａａ−ＧｌｙにおけるＸａａの側鎖の露出表面積、ＡＳＡＦＯＬＤ，ＭＡＩＮ（ｉ）はｉ番目のＧｌｙの主鎖の天然状態における露出表面積、ＡＳＡＧＸＧ，ＭＡＩＮ（Ｘｉ）はトリペプチドＧｌｙ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙにおける中心のＧｌｙの主鎖の露出表面積を示す。
【０２９６】
ＡＳＡＦＯＬＤ，ＳＩＤＥ（ｉ）とＡＳＡＦＯＬＤ，ＭＡＩＮ（ｉ）については、実施例１と同様にしてダウンロードしたＰｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の立体構造原子座標データを用い、ＡＳＡＧＸＧ，ＳＩＤＥ（Ｘｉ）とＡＳＡＧＸＧ，ＭＡＩＮ（Ｘｉ）については、統合計算化学システムＭＯＥを利用して作成したトリペプチドＧｌｙ−Ｘａａ−Ｇｌｙの立体構造原子座標データを用いた。また、露出表面積の計算は米国ミシガン大学で開発されたＳｕｒｆａｃｅ  Ｒａｃｅｒ  ３．０  ｆｏｒ  Ｌｉｎｕｘを利用した。
【０２９７】
Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の場合の結果を図２１に示す。実施例６で選定されたもののうち、置換後のアミノ酸残基の側鎖のサイズが置換前に比べて大きくなるものはＡｓｎ３５Ｌｙｓ、Ａｓｐ３６Ｇｌｕ、Ａｓｐ４７Ｐｒｏ、Ａｌａ４８Ｌｙｓ、Ａｌａ４８Ｇｌｕであるが、これらは、何れもＲｉ＞０．５であり、置換後のアミノ酸残基の側鎖のサイズが置換前に比べて大きくなっているものの、許容できると判定する処理を行っている。
【０２９８】
なお、本実施例の計算は、ｉｎｔｅｌ  ｆｏｒｔｒａｎ  ｃｏｍｐｌｉｅｒ  ｆｏｒ  ｌｉｎｕｘ  ｖｅｒ９．０  （インテル）を用いて新たに開発したプログラム、Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒａｃｅｒ  ３．０  ｆｏｒ  Ｌｉｎｕｘ（Ｄｒ．  Ｏｌｅｇ  Ｔｓｏｄｉｋｏｖ，  Ｔｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｍｉｃｈｉｇａｎ）、ＭＯＥ  ｖ２００６．０８（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ  Ｉｎｃ．）、Ｒｅｄ  Ｈａｔ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ  Ｌｉｎｕｘ  ＷＳ  ｒｅｌｅａｓｅ  ３  （Ｔａｒｏｏｎ  Ｕｐｄａｔｅ  ８）（レッドハット）（以上ソフトウエア）、Ｄｅｌｌ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ３７０（デル）、Ｄｅｌｌ  ＤｉｍｅｎｓｉｏｎＸＰＳ／Ｇｅｎ３  （ｗｉｎｄｏｗｓ  ＸＰ  ＳＰ２）  （デル）（以上ハードウエア）を用いて行った。
【０２９９】
（実施例８）
本実施例においては、選定された置換後アミノ酸残基と評価されたアミノ酸残基埋没性を利用して変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するアミノ酸配列設計ステップを例示する。
【０３００】
上記したように、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の場合、実施例６において、Ａｓｎ３５Ｌｙｓ、Ａｓｐ３６Ｇｌｕ、Ａｓｎ３７Ｌｅｕ、Ａｓｐ４７Ｐｒｏ、Ａｌａ４８Ｌｙｓ、Ａｌａ４８Ｇｌｕの６つの置換候補を選別したが、このうち、置換後のアミノ酸残基の側鎖のサイズが置換前に比べて大きくなるものはＡｓｎ３５Ｌｙｓ、Ａｓｐ３６Ｇｌｕ、Ａｓｐ４７Ｐｒｏ、Ａｌａ４８Ｌｙｓ、Ａｌａ４８Ｇｌｕの５つであり、実施例７で述べたように、これら置換は何れも許容されると判定できるので、結果として、実施例６で選定したすべてが置換後アミノ酸残基として確定する処理を行った。
【０３０１】
以上の結果をもとに、すべての点置換配列または多重置換配列を作成する処理を行う。すなわち、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の場合、５箇所の変異対象部位に、それぞれ、１、１、１、１、２種類の置換後アミノ酸が結果として得られたので、合計４７（＝２×２×２×２×３−１）種類の変異型タンパク質のアミノ酸配列を作成する処理を行う。ついで、これらの変異型タンパク質のアミノ酸配列のそれぞれについて、以下の式（９）で定義される変異体適正スコアＩＳを算出する。
【数２１】
0005252341.tif 000023
ここで、ＩＳは、実施例５で算出した交換の好ましさｐｋ（ｃ）の対数を、作成した変異型タンパク質のアミノ酸配列のすべての変異対象部位について足し合わせたもので、変異型タンパク質のアミノ酸配列としての適正度を示すスコアである。ＩＳの値が高いほど好適なアミノ酸配列であることを示す。図２２に作成したＰｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の変異型タンパク質のアミノ酸配列を例示する。
【０３０２】
なお、本実施例の計算は、ｉｎｔｅｌ  ｆｏｒｔｒａｎ  ｃｏｍｐｌｉｅｒ  ｆｏｒ  ｌｉｎｕｘ  ｖｅｒ９．０  （インテル)を用いて新たに開発したプログラム、Ｒｅｄ  Ｈａｔ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ  Ｌｉｎｕｘ  ＷＳ  ｒｅｌｅａｓｅ  ３  （Ｔａｒｏｏｎ  Ｕｐｄａｔｅ  ８）（レッドハット）（以上ソフトウエア）、Ｄｅｌｌ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ３７０（デル）（以上ハードウエア）を用いて行った。
【０３０３】
（実施例９）
本実施例においては、実施例８で設計したプロテインＧ変異型タンパク質のアミノ酸配列の一部を選択し、これをコードする遺伝子を合成し、次いで大腸菌を用いて表２に示す組換えタンパク質（Ｍ−ＰＧ０１、Ｍ−ＰＧ０９、Ｍ−ＰＧ１０、Ｍ−ＰＧ１１）を合成した。選択したプロテインＧ変異型タンパク質のアミノ酸配列は、二重置換変異体Ａｓｐ３６Ｇｌｕ／Ａｓｎ３７Ｌｅｕ（配列番号２）、四重置換変異体Ａｓｐ３６Ｇｌｕ／Ａｓｎ３７Ｌｅｕ／Ａｓｐ４７Ｐｒｏ／Ａｌａ４８Ｇｌｕ（配列番号３）、四重置換変異体Ａｓｐ３６Ｇｌｕ／Ａｓｎ３７Ｌｅｕ／Ａｓｐ４７Ｐｒｏ／Ａｌａ４８Ｌｙｓ（配列番号４）である。なお、配列番号１で表されるアミノ酸配列は、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の野生型アミノ酸配列に相当するものである。
【表２】
0005252341.tif 000024
【０３０４】
（１）Ｍ−ＰＧ遺伝子の合成
表３に示される５’−、３’−末端に相補領域を有する５６〜５９ｍｅｒのオリゴＤＮＡ断片を表４の組み合わせで用い、アニールおよびポリメラーゼ伸長反応（５５℃，１分，７２℃，１分  →  ５０℃，１分，７２℃，１分  →  ４４℃，１５秒，７２℃，１分）により、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の１〜５６番目のアミノ酸配列からなる野生型タンパク質をコードする遺伝子（配列番号５）、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の１〜５６番目のアミノ酸配列中、Ａｓｐ３６Ｇｌｕ／Ａｓｎ３７Ｌｅｕなる変異を有するタンパク質をコードする遺伝子（配列番号６）、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の１〜５６番目のアミノ酸配列中、Ａｓｐ３６Ｇｌｕ／Ａｓｎ３７Ｌｅｕ／Ａｓｐ４７Ｐｒｏ／Ａｌａ４８Ｇｌｕ  なる変異を有するタンパク質をコードする遺伝子（配列番号７）、およびＰｒｏｔｅｉｎ  Ｇ（１ＰＧＡ）の１〜５６番目のアミノ酸配列中、Ａｓｐ３６Ｇｌｕ／Ａｓｎ３７Ｌｅｕ／Ａｓｐ４７Ｐｒｏ／Ａｌａ４８Ｌｙｓなる変異を有するタンパク質をコードする遺伝子（配列番号８）からなる各ＰＧ遺伝子を合成した。上記遺伝子をそれぞれ順にＭ−ＰＧ０１遺伝子、Ｍ−ＰＧ０９遺伝子、Ｍ−ＰＧ１０遺伝子、Ｍ−ＰＧ１１遺伝子という。
【表３】
0005252341.tif 000025
【表４】
0005252341.tif 000026
これらを各遺伝子それぞれ鋳型にし、制限酵素認識配列を含むプライマーを加えＰＣＲ法（アニール４５℃，１５秒  →  ５５℃，５秒）にて増幅を行い、Ｍ−ＰＧ０１遺伝子、Ｍ−ＰＧ０９遺伝子、Ｍ−ＰＧ１０遺伝子、Ｍ−ＰＧ１１遺伝子を合成した。使用したプライマーは、センスプライマー（ＡＴＡＧＣＴＣＣＡＴＧ  ＧＡＣＡＣＴＴＡＣＡＡＡＴＴＡＡＴＣＣ（配列番号１６））とアンチセンスプライマー(ａｔｔｇｇａｔｃｃ  ｔｔａｔｔｃａｇｔａａｃｔｇｔａａａｇｇｔ（配列番号１７））である。得られた増幅物をアガロース電気泳動法（３％，  １００Ｖ）で確認後、ＱＩＡｑｕｉｃｋ  ＰＣＲ  Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｋｉｔ  （Ｑｉａｇｅｎ）  を用いて精製した。
【０３０５】
（２）クローニング
制限酵素Ｎｃｏ  ＩとＢａｍＨ  Ｉ（日本ジーン，３７℃，一昼夜）で消化し脱リン酸化（宝酒造，ＣＩＡＰ，５０℃，３０分）させたプラスミドｐＥＴ１６ｂ（Ｎｏｖａｇｅｎ）と、同じ制限酵素で消化したＭ−ＰＧ遺伝子をライゲーション(東洋紡,Ｌｉｇａｔｉｏｎ  Ｈｉｇｈ，１６℃，１時間）し、得られたプラスミドベクターを用いて保存用大腸菌ＤＨ５α株（東洋紡,Ｃｏｍｐｅｔｅｎｔ  ｈｉｇｈ）を形質転換し、１００μｇ／ｍＬアンピシリンを含むＬＢプレート培地で選択した。正しい挿入配列をもつ形質転換体をｃｏｌｏｎｙ  ＰＣＲ、ＤＮＡ  ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ（ＡＢ，  ＢｉｇＤｙｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ  ｖ１．１）により選別し、Ｑｉａｐｒｅｐ  Ｓｐｉｎ  Ｍｉｎｉｐｒｅｐ  ｋｉｔ  （Ｑｉａｇｅｎ）を用いてプラスミドを抽出した。これを用い、さらに発現用大腸菌ＢＬ２１（ＤＥ３）株（Ｎｏｖａｇｅｎ）を形質転換した。
【０３０６】
（３）組換えタンパク質の発現と精製
ＬＢ培地で前培養した大腸菌ＢＬ２１（ＤＥ３）形質転換体を、２．５ｍｌ／５００ｍｌでＬＢ培地に継代し、Ｏ．Ｄ．６００＝０．８〜１．０になるまで振とう培養した。最終濃度０．５ｍＭでＩＰＴＧを加え、さらに３７℃で２時間振とう培養した。回収した菌体を１０ｍｌのＰＢＳに懸濁し、超音波破砕を行った。破砕液は濾過滅菌後、ＩｇＧ  Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ  ６  Ｆａｓｔ  Ｆｌｏｗカラム（ＧＥヘルスケアバイオサイエンス）をセットした液体クロマトグラフィー装置ＡＫＴＡｐｕｒｉｆｉｅｒ  （ＧＥヘルスケアバイオサイエンス）に注入し、アフィニティクロマトグラフィー法（ｒｕｎｎｉｎｇ  ｂｕｆｆｅｒ：５０ｍＭ  Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ７．６），１５０ｍＭ  ＮａＣｌ，０．０５％  Ｔｗｅｅｎ２０，  ｅｌｕｔｉｏｎ  ｂｕｆｆｅｒ：０．５Ｍ  酢酸）および／またはＲＥＳＯＵＲＣＥ  Ｓカラム  （ＧＥヘルスケアバイオサイエンス）をセットした液体クロマトグラフィー装置ＡＫＴＡｐｕｒｉｆｉｅｒ  （ＧＥヘルスケアバイオサイエンス）に注入し、イオン交換クロマトグラフィー法（ｒｕｎｎｉｎｇ  ｂｕｆｆｅｒ：  ２０ｍＭ  クエン酸（ｐＨ３．５），  ｅｌｕｔｉｏｎ  ｂｕｆｆｅｒ：  ２０ｍＭ  クエン酸（ｐＨ３．５），  １Ｍ  ＮａＣｌ）によりＭ−ＰＧ組換えタンパク質を精製した。分画したフラクションはＮａＯＨで中和後、遠心濃縮機（ＲＡＢＣＯＮＣＯ，  ＣｅｎｔｒｉＶａｐ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）で濃縮し、５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ６．８）で透析した。各溶液を凍結乾燥し、粉末状の組換えタンパク質（Ｍ−ＰＧ０１、Ｍ−ＰＧ０９、Ｍ−ＰＧ１０、Ｍ−ＰＧ１１）を−２０℃で保存した。
【０３０７】
（実施例１０）
本実施例においては、プロテインＧ変異型タンパク質の分子量をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ型質量分析計で計測することで、合成したタンパク質を同定した。
【０３０８】
まず、単離精製した変異型タンパク質をそれぞれ１５〜２５μＭの濃度の水溶液に調製した。変異型タンパク質の濃度は表５のモル吸光係数を用いて決定した。次いで、質量分析用サンプルプレートにマトリックス溶液（５０％（ｖ／ｖ）アセトニトリル‐０．１％ＴＦＡ水溶液にα−シアノ−４−ヒドロキシ桂皮酸を飽和させた溶液）１μｌを滴下し、これに各試料溶液を１μｌ滴下してサンプルプレート上で混合、乾燥させた。その後、質量分析装置Ｖｏｙａｇｅｒ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）にて、強度２５００−３０００のＬａｓｅｒを照射し質量スペクトルを得た。質量スペクトルにより検出されたピークの分子量と合成した変異型タンパク質のアミノ酸配列より算出された理論分子量を比較した結果、いずれの試料も両者は測定誤差内で一致し、目的のタンパク質（Ｍ−ＰＧ０１、Ｍ−ＰＧ０９、Ｍ−ＰＧ１０、Ｍ−ＰＧ１１）が合成されていることが確認された。質量スペクトルに目的のタンパク質以外の有意なピークは見出されなかった。
【０３０９】
（実施例１１）
本実施例においては、プロテインＧ変異型タンパク質の純度をポリアクリルアミドゲル電気泳動法（ＰＡＧＥ）で確認した。
【０３１０】
単離精製した変異型タンパク質をそれぞれ７５μＭの濃度の水溶液に調製したのち、Ｔｒｉｃｉｎｅ−ＳＤＳ−ＰＡＧＥもしくはＴｒｉｃｉｎｅ−ｎａｔｉｖｅ−ＰＡＧＥ（１６％Ｔ，２．６％Ｃ，１００Ｖ，１００ｍｉｎ）を行いＣＢＢ（Ｇ−２５０）染色によりバンドを検出し純度を確認した。変異型タンパク質の濃度は表５のモル吸光係数を用いて決定した。その結果、測定したすべての試料は単一のバンドとして検出され、各タンパク質（Ｍ−ＰＧ０１、Ｍ−ＰＧ０９、Ｍ−ＰＧ１０、Ｍ−ＰＧ１１）が、単一成分として精製されたことが確認された。
【０３１１】
（実施例１２）
本実施例においては、プロテインＧ変異型タンパク質の抗体に対する結合性を表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）法により評価した。ＳＰＲ法は、生体高分子間の特異的相互作用を経時的に測定し、反応を速度論的観点から定量的に解釈できる優れた方法であることが認識されている。
【０３１２】
まず、センサーチップＣＭ５（Ｂｉａｃｏｒｅ）の測定セルにヒト免疫グロブリンのＦｃ領域（Ｊａｃｋｓｏｎ  ＩｍｍｕｎｏＲｅｓｅａｒｃｈ）をアミンカップリング法により固定化した。測定のコントロールとして、カルボキシメチル基をエタノールアミンでブロッキングした対照セルを用いた。次いで、単離精製した変異型タンパク質を、ランニング緩衝液であるＨＢＳ−Ｐ（１０ｍＭ  ＨＥＰＥＳ  ｐＨ７．４，１５０ｍＭ  ＮａＣｌ，０．０５％  ｖ／ｖ  Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ  Ｐ２０）に溶解し、６００，５００，４００，３００，２００，１００ｎＭの６種の濃度の試料溶液を調製した。変異型タンパク質の濃度は表5のモル吸光係数を用いて決定した。ＳＰＲの測定は、Ｂｉａｃｏｒｅ  Ｔ１００  （Ｂｉａｃｏｒｅ）を用い、反応温度２５℃で行った。収集したデータは、Ｂｉａｃｏｒｅ  Ｔ１００  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  （Ｂｉａｃｏｒｅ）を用いて解析し、１：１のラングミュアモデルにフィッティングさせ、結合速度定数ｋｏｎ、解離速度定数ｋｏｆｆ、および解離平衡定数ＫＤを算出した。
【０３１３】
その結果、測定したすべての変異型タンパク質（Ｍ−ＰＧ０９、Ｍ−ＰＧ１０、Ｍ−ＰＧ１１）において、ヒト免疫グロブリンのＦｃ領域に対する結合性は、野生型のアミノ酸配列を有するコントロールタンパク質（Ｍ−ＰＧ０１）に比べて同程度で、野生型と同等の速度論的特性を保持していることが明らかになった（図２３、表５）。
【表５】
0005252341.tif 000027
【０３１４】
（実施例１３）
本実施例においては、変異型タンパク質の熱安定性を評価した。円偏光二色性（ＣＤ）スペクトルは、タンパク質の二次構造の変化を鋭敏に反映する分光学的分析方法であることが知られている。ＣＤスペクトルの強度に相当するモル楕円率を試料の温度を変化させながら観測することで、どの程度の温度で各々のプロテインＧ変異型タンパク質が変性するのかを明らかにすることができる。
【０３１５】
単離精製した変異型タンパク質をそれぞれ１５〜２５μＭの濃度で含む水溶液（５０ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液、ｐＨ６．８）に調製した。変異型タンパク質の濃度は表５のモル吸光係数を用いて決定した。この試料溶液を円筒型セル（セル長０．１ｃｍ）に注入し、Ｊ８０５型円偏光二色性分光光度計（日本分光）を用いて、２０℃の温度で測定波長を２６０ｎｍから１９５ｎｍに移動させＣＤスペクトルを得た。同じ試料を９８℃に加熱、さらに９８℃から２０℃に冷却し２６０ｎｍから１９５ｎｍの円二色性スペクトルを得た。加熱後再冷却したスペクトルのモル楕円率は８０％以上回復し、変異型タンパク質の立体構造の可逆性が確認された。
【０３１６】
次いで、測定波長を２２２ｎｍに固定し２０℃から１００℃に１℃／ｍｉｎの速度で昇温させてモル楕円率の経時変化を測定した。得られた熱融解曲線について二状態相転移モデルの理論式（有坂文雄（２００４）、バイオサイエンスのための蛋白質科学入門、裳華房）を用いて解析し、変性温度Ｔｍ、およびＴｍにおける変性のエンタルピー変化ΔＨｍを決定した。その結果、測定したすべての変異型タンパク質（Ｍ−ＰＧ０９、Ｍ−ＰＧ１０、Ｍ−ＰＧ１１）の熱安定性が、野生型のアミノ酸配列を有するコントロールタンパク質（Ｍ−ＰＧ０１）に比べて、向上していることが明らかになった（図２４、表５）。
【０３１７】
（実施例１４）
本実施例においては、プロテインＧ変異型タンパク質の変性剤に対する化学的安定性を評価した。すべての変異型タンパク質はトリプトファン残基を分子内にひとつ有し、トリプトファンから発せられる蛍光は変異型タンパク質の変性により大きく強度が変化する。したがって、変異型タンパク質の水溶液に変性剤である塩酸グアニジンを少しずつ添加しながらトリプトファンからの蛍光強度を観測することで、どの程度の濃度で各々の変異型タンパク質が変性するのかを明らかにすることができる。実際の測定は、塩酸グアニジンを含まないタンパク質溶液（Ａ液）と高濃度の塩酸グアニジンを含むタンパク質溶液（Ｂ液）の二液を種々の割合で混合することで行われる。
【０３１８】
まず、単離精製した変異型タンパク質を５０ｍＭのリン酸緩衝液（ｐＨ６．８６）に溶解し、それぞれの最終濃度０．３０〜０．３３μＭに調製し、Ａ液を用意した。変異型タンパク質の濃度は表５のモル吸光係数を用いて決定した。一方、Ｂ液は、８．１５Ｍ塩酸グアニジン水溶液に５００ｍＭのリン酸緩衝液を９：１の比率で混ぜ、７．３４Ｍ塩酸グアニジン／５０ｍＭリン酸緩衝液とした後、微量の１．０Ｍ  ＮａＯＨでｐＨを６．８６に合わせ、さらに最終濃度０．３０〜０．３３μＭとなるように各変異型タンパク質を添加し、用意した。蛍光強度の測定は、自動滴定装置付ＦＰ−６５００型分光蛍光光度計（日本分光）を用いて、測定温度を２０℃、励起波長を２９５ｎｍに蛍光波長を３５０ｎｍに固定して行った。変性過程の観測では、Ａ液２．５ｍＬを分光蛍光光度計の攪拌装置付恒温セルに入れたのち、１２０秒のインターバルで０．１ｍＬのＢ液の注入／排出を２５回繰り返し、その際の蛍光強度を経過時的に観測した。また、再生過程の観測では、Ｂ液２．５ｍＬを分光蛍光光度計の攪拌装置付恒温セルに入れたのち、１２０秒のインターバルで０．１ｍＬのＡ液の注入／排出を２５回繰り返し、その際の蛍光強度を経過時的に観測した。
【０３１９】
いずれの変異型タンパク質においても、変性過程と再生過程の蛍光強度データが一致したことから、用いた測定条件で十分に平衡状態に達していることが確かめられた。測定したデータは、二状態相転移モデルの理論式（有坂文雄（２００４）  バイオサイエンスのための蛋白質科学入門、裳華房）を用いて解析し、変性の自由エネルギー変化ΔＧＤＨ２Ｏと変性中点の塩酸グアニジン濃度ｃ０．５を決定した。その結果、変異型タンパク質（Ｍ−ＰＧ１０、Ｍ−ＰＧ１１）の変性剤に対する化学的安定性が、野生型のアミノ酸配列を有するコントロールタンパク質（Ｍ−ＰＧ０１）に比べて向上していることが明らかになった（図２５、表５）。
【０３２０】
（実施例１５）
本実施例においては、変異型タンパク質の構造安定性を調べるために、タンパク質分解酵素キモトリプシンの消化に対する抵抗性を評価した。
【０３２１】
変異型タンパク質は消化反応緩衝液（４０ｍＭ  Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ８．０），２０ｍＭ  ＣａＣｌ２，  ２ｍＭ  ＮａＯＡｃ）に最終濃度７５μＭで調製し、次いで最終濃度７．５ｕＭのキモトリプシンを添加した。２５℃で０，２０，４０，６０，１２０，２４０分反応を行い、１０μｌずつサンプリングを行った。１００ｍＭ  ＰＭＳＦを１μｌ加え反応を止め、Ｔｒｉｃｉｎｅ−ＳＤＳ−ＰＡＧＥもしくはＴｒｉｃｉｎｅ−ｎａｔｉｖｅ−ＰＡＧＥ（１６％Ｔ，２．６％Ｃ，１００Ｖ，１００ｍｉｎ）を行いＣＢＢ（Ｇ−２５０）染色によりバンドを検出した。ゲル撮影装置（アトー，Ｐｒｉｎｔｇｒａｐｈ）にて泳動像を撮影し、画像データについてソフトウエアＩｍａｇｅ  Ｊ１．４．３．６７を用いて解析を行った。まず画像のバックグラウンドを削除し（Ｒｏｌｌｉｎｇ  ｂａｌｌ  ５０）、各レーンのバンドを認識させ、画像密度をプロットした。０分の結果を１００％とし、反応時間におけるバンドの残存度を消化作用に対する抵抗性として数値化した。得られた残存度は時間に対して指数関数的に減少し、残存度の対数と時間が直線性を示すことから、キモトリプシンによる消化反応を擬一次反応と仮定することが妥当であることが示された。これより残存度の対数と時間の回帰分析を行い、各変異型タンパク質の分解半減期ｔ０．５を求めた。
【０３２２】
その結果、変異型タンパク質（Ｍ−ＰＧ１０、Ｍ−ＰＧ１１）は、野生型のアミノ酸配列を有するコントロールタンパク質（Ｍ−ＰＧ０１）に比べ、タンパク質分解酵素に対する抵抗性が増加していることが明らかになった（図２６、表５）。
【産業上の利用可能性】
【０３２３】
公共データベースから入手可能なタンパク質の立体構造原子座標データは、２００７年６月時点で約４万４千件（http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do）、また、２００６年の組換えタンパク質の日本国内の市場規模は約５０００億円（非特許文献：日経バイオ年鑑２００７）である。即ち、タンパク質の立体構造原子座標データを活用して付加価値の高い変異型タンパク質のアミノ酸配列を設計するという本発明を広く利用するための前提条件と需要は整っている。本発明は、単に安定な変異型タンパク質を設計するだけでなく、オリジナルのタンパク質の機能が変異に伴い変化することを最小限にとどめることを可能にする点にも特徴があり、これより、現在市場にて利用されている多くの産業有用なタンパク質を安定な変異型タンパク質へと代替させることが可能で、タンパク質を利用するあらゆる産業分野で広範な利活用が予想される。
【図面の簡単な説明】
【０３２４】
【図１】本発明の変異型タンパク質の配列設計方法において用いられるタンパク質の変異対象部位選定装置の基本原理を示す原理構成図である。
【図２】本発明の変異型タンパク質の配列設計方法において用いる変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）の基本原理を示す原理構成図である。
【図３】本発明の変異型タンパク質の配列設計方法において用いる変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）の基本原理を示す原理構成図である。
【図４】本発明にかかるタンパク質の変異対象部位選定装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】本発明にかかる変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明にかかる変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】本実施の最良形態における本発明のタンパク質の変異対象部位選定装置のメイン処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】本実施の最良形態における本発明のタンパク質の変異対象部位選定装置、変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）、または変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）の立体構造原子座標データ確認・取得処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】本実施の最良形態における本発明のタンパク質の変異対象部位選定装置または変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）の予測プログラム処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本実施の最良形態における本発明の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）のメイン処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本実施の最良形態における本発明の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）または変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）の安定化アミノ酸配列予測プログラム処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本実施の最良形態における本発明の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ａ）または変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）のアミノ酸残基埋没性評価プログラム処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の変異型タンパク質のアミノ酸配列設計装置（Ｂ）のメイン処理の一例を示すフローチャートである。
【図１４】各タンパク質における各アミノ酸残基間のコンタクト原子数を示す図である。
【図１５】プロテインＧ・Ｂ１ドメインの局所コンタクト指数を示すグラフである。
【図１６】プロテインＧ・Ｂ１ドメインの非局所コンタクト指数を示すグラフである。
【図１７】プロテインＧ・Ｂ１ドメインの変異適性指数を示すグラフである。
【図１８】プロテインＧ・Ｂ１ドメインの部分セグメント（４３−５１）の主鎖２面角を示す図である。
【図１９】プロテインＧ・Ｂ１ドメインの部分セグメント（４３−５１）のＰＳＳＭを示す図である。交換の好ましさ；ｐｋの算出においては、０番列（図中の点線枠）の数値を用いた。
【図２０】プロテインＧ・Ｂ１ドメインの各アミノ酸残基に対する置換アミノ酸の交換の好ましさ；ｐｋ値を示すグラフである。
【図２１】プロテインＧ・Ｂ１ドメインの各アミノ酸残基の露出表面積比；Ｒｉ値を示すグラフである。
【図２２】設計されたプロテインＧ変異型タンパク質のアミノ酸配列と変異体適正スコアを示すグラフである。
【図２３】プロテインＧ変異型タンパク質の免疫グロブリンＦｃ領域に対する結合性を試験した結果を示すグラフである。
【図２４】プロテインＧ変異型タンパク質の熱安定性を試験した結果を示すグラフである。
【図２５】プロテインＧ変異型タンパク質の変性剤に対する化学的安定性を試験した結果を示すグラフである。
【図２６】プロテインＧ変異型タンパク質のタンパク質分解酵素に対する安定性を試験した結果を示すグラフである。
【図１】
0005252341.tif 000028
【図２】
0005252341.tif 000029
【図３】
0005252341.tif 000030
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005252341.tif 000034
【図８】
0005252341.tif 000035
【図９】
0005252341.tif 000036
【図１０】
0005252341.tif 000037
【図１１】
0005252341.tif 000038
【図１２】
0005252341.tif 000039
【図１３】
0005252341.tif 000040
【図１４】
0005252341.tif 000041
【図１５】
0005252341.tif 000042
【図１６】
0005252341.tif 000043
【図１７】
0005252341.tif 000044
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【配列表】
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