Understanding of Biofunctional Molecules by Robot Kinematics as a Mechanism-constraint Language

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タンパク質の局所構造の形状操作性に着目し，その特性を評価する方法を，ロボットキネマティクスを基に検討を行った．タンパク質の局所構造の形状操作性とは，直鎖的に繋がる数個から数十個のアミノ酸の外形の変化しやすさに関係する性質を意味する．この評価方法の検討にあたり，ロボットアームの制御性の評価基準である可操作性に注目した．可操作性においてはアーム上に設定された単一の手の状態に注目するが，これを一般化し，手の状態を局所構造内の点群の状態に対応させ，さらに，点群の剛体的運動を除くための代数的処理を組み合わせることにより定式化を行った．また，可操作性に着想を得た形状操作性の評価指標として，形状変化の大きさ，および，形状変化の等方性に関する2種類のものを考案した．タンパク質の3次元構造データベース（PDB）からランダムに取得した500個のタンパク質の構造について，開発した計算機プログラムを用いて解析を行った．その結果，2次構造および特定のアミノ酸の出現率と形状操作性の間に関連を見出すことができた．さらに，局所構造の形状操作性を個々のタンパク質について平均化したところ，タンパク質の機能と形状操作性との間に統計的に有意な関係性が存在することを確認した（例えば，免疫系に関わるタンパク質は形状変化の等方性が高いなど）．なお，上記解析で実施した定式化においては，土台と手に対応するリンクの区別を行わない，3個以上の参照リンク間の相対的状態の解析を可能とするなど，一般的なロボットキネマティクスに設定された暗黙の前提条件を解除することが含まれている．これらはロボットキネマティクスを機構拘束言語へと発展させるための重要な手続きとなっている．