生物配列の高次構造記述向き形式文法とその構造予測への応用

描述生物序列高阶结构的形式语法及其在结构预测中的应用

• 批准号: 05J02830
• 负责人: 加藤 有己
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kyoto University (2007)Nara Institute of Science and Technology (2005-2006)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J02830/
• 关键词: RNA2次構造; RNA間相互作用; キッシングヘアピン; 多重文脈自由文法; タンパク質2次構造; ベータシート; 動的計画法; シュードノット; 確率多重文脈自由文法

形式文法の構文解析技術を応用した、非コードRNAやタンパク質の2次構造予測が注目を集めている。それらは折り畳み構造を形成することにより、生体内で何らかの機能を発揮する。構造と機能の間には相関があると言われており、機能推定のためには構造を知ることが重要である。今年度の前半では、非コードRNAの一種であるアンチセンスRNAが標的mRNAと結合することにより、タンパク質への翻訳を抑制する現象であるRNA間相互作用のモデル化を、形式文法を用いて行った。特に、各RNAが構成するヘアピンループのループ同士が塩基対を形成する、キッシングヘアピン構造に焦点を当てた。この構造は文脈自由文法では表現できないことが知られている。そこで、文脈自由文法の自然な拡張であり、表現能力の高い多重文脈自由文法でモデル化し、その確率的拡張モデルに対して設計した構文解析アルゴリズムを実装することにより、結合2次構造予測を行った。平均予測精度は85%程度で、文法を用いない既存モデルと比較しても勝るとも劣らない結果を得ることができた。また、今年度の後半では、タンパク質の2次構造の中で予測が難しいと言われるベータシートのモデル化を考案した。ここでは、逆平行アップダウンベータシートを扱った。まず、既存研究の形式文法によるモデル化に対する知見から、アミノ酸残基間の水素結合による相互作用を陽に考慮した、効率のよい動的計画アルゴリズムを設計した。このアルゴリズムは複雑な構造に対しても容易に拡張できるという柔軟性がある。計算機実験を行った結果、平均予測精度は75%程度で、既存研究と同等以上の性能を挙げている。また、多重文脈自由文法を用いたベータシートのモデル化を行った。さらに、任意の平面的ベータシートを予測する問題はNP困難であることを示した。

Formal grammar の compose text parsing techniques を 応 with し た, non コ ー ド RNA や タ ン パ ク two qualitative の structure can be が attention を set め て い る. を そ れ ら は fold り 畳 み structure formation す る こ と に よ り, born in vivo で ら か の function を 発 swing す る. Phase structure と function between の に は masato が あ る と said わ れ て お り presumption, functional の た め に は tectonic を know る こ と が important で あ る. In the first half of the year の で は, non コ ー ド RNA の a で あ る ア ン チ セ ン ス RNA が target mRNA と combining す る こ と に よ り, タ ン パ ク qualitative へ の turn 訳 を inhibit す る phenomenon で あ る RNA interaction between の モ デ ル を and formal grammar を with い て line っ た. に, the RNA が constitute す る ヘ ア ピ ン ル ー プ の ル ー プ with James が salt formed を seaborne す る, キ ッ シ ン グ ヘ ア ピ ン tectonic に focus を when て た. <s:1> the construction of the <s:1> context of free grammar で で expresses で な な な とが knowing られて る る る. そ こ で, context free grammar の natural な company, zhang で あ り multiple context free grammar, high performance ability の い で モ デ ル し, そ の probabilistic company, zhang モ デ ル に し seaborne て design し た compose text parsing ア ル ゴ リ ズ ム を be loaded す る こ と に よ り, combining two tectonic line to measure を っ た. Averaging 85% degree to measure precision は で, grammar を い な い existing モ デ ル と compare し て も wins る と も substandard ら な い results る を こ と が で き た. ま た, after our の half で は, タ ン パ ク qualitative の が で to test two tectonic の in し い と said わ れ る ベ ー タ シ ー ト の モ デ ル change を test case し た. Youdaoplaceholder0 で で, antiparallelism アップダウ ベ ベ タシ トを った った った った. ま ず, existing research の form grammar に よ る モ デ ル change に す seaborne る knowledge か ら, ア ミ ノ の water element combination between acid residues に よ る を Yang に considering interaction between し た, sharper rate の よ い move plan ア ル ゴ リ ズ ム を design し た. After こ の ア ル ゴ リ ズ ム は 雑 な tectonic に し seaborne て も easy に company, zhang で き る と い う softness が あ る. Computer experimental を line った results, average pretest accuracy of を 75% degree で, existing research と equivalent or above <s:1> performance を挙げて る る る. Youdaoplaceholder0, multiple context free grammar を transforms を lines った with また たベ タシ ト ト モデ モデ モデ. Youdaoplaceholder0, ベ タシ タシ トを トを トを pretest する problem た np-difficult である である とを とを shows た た.

项目成果

Secondary structure prediction of interacting RNAs:a grammatical approach

相互作用 RNA 的二级结构预测：一种语法方法

• 发表时间: 2007
• 作者: Shimada;N.;Aoshima;R.;Hiraoka;R.;Kawata;T.;Nao Shimada and Takefumi Kawata;H.Seki;Y.Kato;Y.Kato;Y.Kato;Y.Kato;Y.Kato;Y.Kato;K.Ichihara;Y.Kato
• 通讯作者: Y.Kato

Stochastic Multiple Context-Free Grammar for RNA Pseudoknot Modeling

RNA 伪结建模的随机多重上下文无关语法

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of the 8th International Workshop on Tree Adjoining Grammar and Related Formalisms (TAG+8)
• 作者: Shimada;N.;Aoshima;R.;Hiraoka;R.;Kawata;T.;Nao Shimada and Takefumi Kawata;H.Seki;Y.Kato;Y.Kato;Y.Kato
• 通讯作者: Y.Kato

RNA Structure Prediction Including Pseudoknots Based on Stochastic Multiple Context-Free Grammar

基于随机多重上下文无关语法的包括伪结的 RNA 结构预测

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of International Workshop on Probabilistic Modeling and Machine Learning in Structural and Systems Biology (PMSB2006)
• 作者: Shimada;N.;Aoshima;R.;Hiraoka;R.;Kawata;T.;Nao Shimada and Takefumi Kawata;H.Seki;Y.Kato;Y.Kato
• 通讯作者: Y.Kato

RNA Pseudoknotted Structure Prediction Using Stochastic Multiple Context-Free Grammar

使用随机多重上下文无关语法进行 RNA 伪结结构预测

• 发表时间: 2006
• 期刊: バイオ情報学(情報処理学会論文誌) 47・SIG17
• 作者: Shimada;N.;Aoshima;R.;Hiraoka;R.;Kawata;T.;Nao Shimada and Takefumi Kawata;H.Seki;Y.Kato
• 通讯作者: Y.Kato

A grammatical approach to RNA-RNA interaction prediction

• DOI: 10.1016/j.patcog.2008.08.004
• 发表时间: 2009-04-01
• 期刊: PATTERN RECOGNITION
• 影响因子: 8
• 作者: Kato, Yuki;Akutsu, Tatsuya;Seki, Hiroyuki
• 通讯作者: Seki, Hiroyuki