2010年度「理論分子生物学」講義予定表 ! " ゲノム解析、ポスト・ゲノム解析とバイオインフォマティクス ! " 配列アライメント、ダイナミックプログラミング法 ! " ホモロジー検索、FASTA、BLASTアルゴリズム ! " マルチプルアライメント、系統樹解析 ! " 配列モチーフ ! " 二次構造予測、膜貫通部位予測、立体構造予測 ! " 遺伝子の機能アノテーション、比較ゲノム解析 ! " ネットワーク解析 ! " 分子生物学データベース ! " 演習

! " http://goto.kuicr.kyoto-u.ac.jp/lecture/bioinfo.html

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二次構造予測と局在予測 塩基配列 アミノ酸配列

ホモロジー検索 モチーフ検索

遺伝子の機能予測

タンパク質立体構造

二次構造予測

局在予測

! "二次構造予測 !" タンパク質 !" 塩基（RNA）

! "局在予測 !" 核、細胞質、ミトコンドリア !" 膜貫通部位

タンパク質の主鎖と側鎖

主鎖：-Cα-C-N-Cα-C-N- 　　　　　　ペプチド結合

側鎖：R（アミノ酸の種類）!

ペプチド結合と二面角 ! "主鎖の折れ畳がタンパク質の構造を作る ! "アミノ酸一つ分の主鎖構造を表現するには

!" N-Cα-C の３次元座標で９変数 ! "二面角（Dihedral angle）を使うと

!" φとψの２変数ですむ !" torsion angle, internal rotation angleともいう

タンパク質の二次構造 ! "立体構造中に部分的に存在する主鎖の規則構造 !" αヘリックス !" βシート !" コイル・ループ

! "C=O と N-H の水素結合が安定化に寄与 αヘリックス βシート

http://mikilab.doshisha.ac.jp/dia/research/person/yoneda/research/2002_5_29/protein/01-protein.htm

ラマチャンドランプロット アミノ酸残基がとりうる二面角と二次構造の関係

αヘリックス

βシート

アミノ酸側鎖の性質 ! "疎水性残基

!" A, V, F, P, M, I, L

! "電荷 !" D, E, K, R

! "極性 !" S, T, Y, H, C, N, Q, W

! "グリシン ! "共有結合

!" C

タンパク質の二次構造予測 ! " アミノ酸配列上の各残基にヘリックス、シート、コイル（へリックス、シート以外）のどれかを割り当てる手法

! " ウィンドウサーチ !" 既知の立体構造を元に、各アミノ酸残基が二次構造の要素（ヘリックス，シート，コイル）に現れる頻度を調べて統計解析

!" Chou-Fasman, GOR (Garnier, Osguthorpe, and Robson) 法など

! " ニューラルネットを用いる手法が主流 !" MetaPredictProtein

"" http://www.predictprotein.org/newwebsite/meta/submit3.php

!" PSIPRED "" http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/

! " サポートベクターマシン、決定木を用いたものもある ! " 予測精度は70%程度

DNA, RNAの二次構造 ! "DNAの十字形構造 ! "RNAのステムループなど

http://www.blc.arizona.edu/marty/411/Modules/ribtRNA.html

RNAの二次構造予測 ! "ステム構造と各ループ構造の安定性の評価値を合計したエネルギー関数を最小化する問題

! "配列の最適化アライメント !" ＤＰ法：配列の自分自身との最適アライメントを探す

!" ニューラルネット：ステムの候補をつくりその最適組合せを探す

!" 遺伝的アルゴリズム !" 文脈自由文法

局在予測 ! "アミノ酸配列から、そのタンパク質が細胞内のどの小器官で働くかを予測する手法 !" 核 !" 細胞質 !" ミトコンドリア !" 葉緑体 !" ゴルジ体 !" 液胞 !" 細胞膜

! "機能が分からなくても、局在が分かれば機能の手がかりが得られることもある。

PLOC

局在予測プログラム ! "PSORT

!" 配列中に既知のシグナルがあるかどうかを調べながら予測する決定木を用いた方法。

!" http://psort.hgc.jp/ ! " iPSORT

!" PSORTに配列類似性の要素を導入した拡張。 !" http://hc.ims.u-tokyo.ac.jp/iPSORT/

! "PLOC !" 短いペプチドの出現具合を局在ごとに比較して、その違いを予測に用いる。

!" http://www.genome.jp/SIT/plocdir/

膜貫通部位予測 ! "膜貫通部位予測には疎水性の指標を用いるとかなりうまくいく。

http://bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/ ウィンドウベースで疎水性の指標を 計算する。