Establishment of an evaluation method of a chemical-susceptibility for wildlife using counter-QSAR and machine learning

利用反 QSAR 和机器学习建立野生动物化学敏感性评估方法

• 批准号: 20J01553
• 负责人: 武田 一貴
• 金额: $ 7.49万
• 依托单位: Kitasato University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J01553/
• 关键词: 化学物質; 野生動物; 毒性評価; 代替法; シミュレーション; 機械学習

本研究は野生動物における化学物質感受性の種差を非侵襲的に評価する新規評価法の確立を目的とする研究である。従来の化学物質評価は侵襲性の極めて高い化学物質生体曝露試験が必須であり、希少な野生動物においては禁忌である事が挙げられる。これに対し本研究は被毛やデータベース等から非侵襲的に入手可能な遺伝子情報を用いて化学物質感受性の種差を評価する事を想起した。化学物質感受性の種差は主に標的分子・代謝酵素の遺伝子種差で決定される。本研究では野生動物に対する非侵襲的な化学物質感受性評価法としてcounter-QSAR (c-QSAR)コンセプトを提唱しその構築を試みた。c-QSARでは各動物のDNA情報から構築した標的分子・代謝酵素3D構造と対象化学物質の結合性をシミュレートし、そのパラメーターと実測値の相関関係を機械学習法で解析する事でタンパク質の3D構造情報から感受性予測を行う。本手法により、被毛等から非侵襲的に入手可能なDNA情報を基に感受性評価が可能となる。当該研究は東京工業大学でのケモインフォマティクス解析と北海道大学獣医学部での実測値測定を申請者自身が両立する分野横断型の研究を想定していたが、コロナ禍による緊急事態宣言により当該研究期間での研究遂行に多大な支障が生じた。当初の研究計画では研究開始時に北大である程度の実測値測定を行ってから東工大での解析を実施する予定だったが、上記から本計画は実質遂行不可能であり計画の変更を余儀なくされた。そこで研究計画を一部変更し、文献ベースで実測値の報告があるヒト・齧歯類での遺伝子変異とこれに伴う表現型の変化を用いて上記c-QSARコンセプトの一先ずの完成を目指した。この結果、単一のアミノ酸変異であっても分子動力学シミュレーションにより得られる性状に大きな差があり、これを用いた機械学習手法により感受性を予測する事が可能という事が明らかとなった。

The purpose of this study is to establish the new regulation and evaluation method for non-invasion of different chemical substances in wild animals.従来のchemical substance evaluation価はinvasivenessの extremely highいchemical substance biological exposure test験が必であり、窓なwildlifeにおいてはtabooである事がげられる.これに対し This study is based on the non-intrusive から non-intrusive に start possible な 伝子information を use い て chemical substance sensitivity の kind of difference を evaluation 価 す る 事 を し た. Differences in sensitivity to chemical substances are mainly determined by differences in target molecules and metabolic enzymes. This study is based on the non-invasive chemical sensitivity assessment method of wild animals, the counter-QSAR (c-QSAR), and the construction and testing of non-invasive chemical substances. c-QSAR provides information on the DNA of each animal, the construction of target molecules and the 3D structure of metabolic enzymes, and the binding properties of chemical substances.し、そのパラメーターと実measurement valueのcorrelationをMechanical learning methodでanalyticsする事でタンパクqualityの3D structural informationからsensitivity predictionを行う. This method can be used for non-intrusive hair, coat, etc. It is possible to obtain DNA information and to evaluate the susceptibility of the hair. When this study was conducted by Tokyo Institute of Technology's Institute of Science and Technology and Hokkaido University's Faculty of Medicine, the applicant's own score was determined. The wild cross-section type research is planned and the emergency declaration is carried out during the research period and the research is carried out. When the original research plan was started, the degree of Peking University was measured and the value was measured. The analysis was carried out by Tokyo University.実事する出定だったが、上记から This plan is not possible because it is impossible to carry out the plan.そこでResearch Project を一変 Update し、Documentary ベースで実measurement report があるヒト・gnawing type での缝子変different The c-QSAR コンセプトの一恚のcompleted with いて.このResults, 単一のアミノ acid 変isoであっても molecular dynamics シミュレーションにより got られる properties に大きなThe difference is the same as the mechanical learning method, the sensitivity is the prediction, the possibility is the possibility, and the thing is clear.

项目成果

The VKORC1 ER-luminal loop mutation (Leu76Pro) leads to a significant resistance to warfarin in black rats (Rattus rattus)

VKORC1 ER-管腔环突变 (Leu76Pro) 导致黑鼠 (Rattusrattus) 对华法林产生显着耐药性

• DOI: 10.1016/j.pestbp.2021.104774
• 发表时间: 2021
• 期刊: Pesticide Biochemistry and Physiology
• 影响因子: 4.7
• 作者: Takeda Kazuki;Ikenaka Yoshinori;Fourches Denis;Tanaka Kazuyuki D.;Nakayama Shouta M.M.;Triki Dhoha;Li Xinhao;Igarashi Manabu;Tanikawa Tsutomu;Ishizuka Mayumi
• 通讯作者: Ishizuka Mayumi

Estimating the impacts of mutations on warfarin resistance of vitamin K epoxide reductase based on cheminformatics approaches

基于化学信息学方法估计突变对维生素 K 环氧化物还原酶华法林耐药性的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 仲澤伸子;松本卓也;工藤さくら;Kazuki Takeda
• 通讯作者: Kazuki Takeda

Comparison of two reducing agents dithiothreitol and tris(3-hydroxypropyl)phosphine for in vitro kinetic assay of vitamin K epoxide reductase.

两种还原剂二硫苏糖醇和三(3-羟丙基)膦用于维生素 K 环氧化物还原酶体外动力学测定的比较。

• DOI: 10.1016/j.vas.2020.100095
• 发表时间: 2020
• 期刊: Veterinary and Animal Science.
• 作者: Kazuki Takeda;Ayuko Morita;Yoshinori Ikenaka;Shouta M.M.Nakayama;Mayumi Ishizuka.
• 通讯作者: Mayumi Ishizuka.