分子量が1億ダルトンに及ぶ生体超分子の構造解析を可能とするソフトウェアの開発

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本特定領域では,分子量が1億Daに及ぶ超分子の構造解析が計画されているが,超分子の構造解析を行うには,ソフトウエアの点からも,様々な新技術の開発が必要である.新技術を最も必要とするプロセスの1つとして構造の精密化がある.通常,精密化する際のマニュアルフィッティングは人の熟練度に依存し,時間もかかる.分子量数万Daの蛋白質の精密化でさえも数週間から数ヶ月かかり,分子量数十万から数百万の超分子構造の精密化では,さらに数十倍の時間と労力が必要になる.分子量1億Daの超分子構造の精密化では,数百万残基を取り扱うことになり,マニュアルによるフィッティングはもはや不可能である.従って,分子量が1億Daに及ぶ超分子の構造解析では,精密化のすべてをコンピュータで自動化する必要がある.よって,我々はハイスループットために開発している自動精密化ソフトウェアLAFIREを巨大超分子に適用する.超分子の構造解析には,初期モデルが断片的,側鎖のアサインができない場合が多いので,我々は主鎖の断片をつなぎあわせ,より大きな断片にしていくアルゴリズムを開発し始めた.幾つかの方法を試した結果,動的計画法を用いて側鎖をアサインメントしながら,断片をつないでいく方法が有効であった.これまでのテストおよび実際への応用の結果,主鎖の断片をつなぐ際に,残基を間違って挿入したり,欠失させたりするミスが起こりやすいことが判明した.この問題を解決するために,側鎖の情報を利用しながら,断片をつないでいく方法を導入した.そのためには,まず,電子密度マップから側鎖領域を抽出する.側鎖の長さ為L_j^<cal>を見積る.そして,既知のアミノ酸配列から,計算した理想的な側鎖の長さL_j^<ideal>を用いて,動的計画法を用いて最小のD(i)=Σ_<i.N-nf>(L_j^<cal>-L_j^<ideal>)を探索することによって側鎖のアサインを行う.