集中講義（東京大学）「化学システム工学特論第３」バイオインフォマティクス的手法による化合物の性質予測（７） 21世紀COE「ゲノム科学の知的情報基盤・研究拠点形成」阿久津達也京都大学化学研究所バイオインフォマティクスセンター講義のまとめ       スケールフリーネットワーク配列アライメントタンパク質立体構造予測遺伝子発現データ解析タンパク質-リガンド・ドッキングカーネル法を用いた化合物の性質予測スケールフリーネットワーク (1)  頂点の次数   P(k)    次数=5 その頂点につながっている辺の個数次数分布次数 k の頂点の頻度次数=2 スケールフリーネットワーク  P(k) がべき乗則に従う P( k )  k  次数=3 スケールフリーネットワーク (2) 次数=5 次数=2 頂点数頂点数 ∝ (次数)-3 次数次数=3 配列アライメント     バイオインフォマティクスの最重要技術の一つ２個もしくは３個以上の配列の類似性の判定に利用文字間の最適な対応関係を求める（最適化問題）配列長を同じにするように、ギャップ記号（挿入、欠失に対応）を挿入 A L G F G S L Y G A L G G V S V G A L G F G A L G S L Y G G V S V G 動的計画法による大域アライメント(1) (Needleman-Wunschアルゴリズム)    入力文字列から格子状グラフを構成アライメントと左上から右下へのパスが一対一対応最長経路＝最適アライメント G G F V D 5 -5 K -2 -5 Y -5 7 D 1 -6 -1 -2 -3 -2 1 0 -4 4 -7 -7 -7 -7 アライメントスコア -7 -7 -7 -7 GKY D G F V D 5 -7 +7 -7 +4 = 2 GK Y D GF V D -7 -7 -1 +0 -7 -7 = -29 GKY D -7 -7 -5 -7 -7 -7 -7 = -47 G F V D フォールド予測（Fold Recognition)   精密な３次元構造ではなく、だいたいの形（fold)を予測立体構造は1000 種類程度の形に分類される、との予測(Chotia, 1992) に基づくアミノ酸配列 T C A V F G L G G V R L S D V 1000個のテンプレート構造タンパク質スレッディング立体構造（テンプレート）とアミノ酸配列の間のアライメント立体構造 T C A V F G L G K V R L S D V アミノ酸配列遺伝子発現データを用いた腫瘍細胞分類   発現データを観測することにより、腫瘍細胞の詳細な分類を行う抗がん剤の適切な投与などに応用できる可能性腫瘍細胞 DNAマイクロアレイ Type A 腫瘍のタイプ Type B タンパク質-リガンド・ドッキング   タンパク質と化合物（もしくはペプチド）の結合（配置）を予測 Rigid Body Docking   タンパク質もリガンドも変形しないと仮定 Flexible Docking  リガンドやタンパク質の変形も許容サポートベクターマシン   正例と負例を与えて、それらを最適（マージンを最大）に分離する超平面を学習カーネルを適切に定義することにより超平面以外での分離が可能テストデータ margin Marginalized グラフ・カーネル(3) x H O C φ(x) Cl H C N ( 0.03 0.03 0.0 H C H O C H H C H 0.02 0.0 0.01 0.002 ) 21世紀COE「ゲノム科学の知的情報基盤・研究拠点形成」    京大化研バイオインフォマティクスセンター(BIC) と京大薬学研究科で共同で実施リーダー：金久實（BICセンター長）特徴：ゲノムとケミストリーの融合     C.f.: ケミカルゲノミクス(米NIHロードマップ) ゲノム情報とケミカル情報を融合したバイオインフォマティクスを開拓生命システムと環境の相互作用を理解医療や産業への新しい応用を目指す三種類の研究領域  環境ゲノミクス    ケモゲノミクス    ゲノムと環境の相互作用を分子のネットワークとして理解ゲノム情報とケミカル情報の関連解析リード化合物探索ケミカル情報の系統的解析薬理ゲノミクス   創薬ターゲット探索ゲノム情報の系統的解析教育への取り組み  高度なバイオインフォマティクス教育  「ゲノム情報科学研究教育機構」による講義       講義科学技術振興費バイオインフォマティクス人材養成プログラム（京大BIC＋東大HGC) テレビ会議システムを利用日本バイオインフォマティクス学会のカリキュラムに基づくボストン大学、フンボルト大学と連携バイオインフォマティクス副専攻教育（薬学研究科）バイオインフォマティクス基礎教育（薬学部）