立体構造情報に基づいた網羅的タンパク質間相互作用予測システムの開発

基于3D结构信息的综合蛋白质-蛋白质相互作用预测系统的开发

• 批准号: 11J08750
• 负责人: 大上 雅史
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J08750/
• 关键词: バイオインフォマティクス; タンパク質間相互作用予測; タンパク質ドッキング; アポトーシス; ハイパフォーマンスコンピューティング; タンパク質立体構造; バイオインフォティクス; タンパク質間相互作用; 構造アンサンブル; タンパク質-RNA間相互作用

タンパク質の生体内相互作用ネットワークは, 病因の理解や創薬ターゲット決定に重要であるが, 大規模ネットワークを実験的に導くことは多大なコストを要するため, 計算機によって大規模なネットワークを予測する技術が求められている. 本研究は公共データベースに登録されたタンパク質の立体構造情報を利用して, 複合体形成を擬似的に行うタンパク質ドッキング計算によってタンパク質の相互作用の有無を高速に予測することを目標としており, 本年度は提案した新規手法の大規模並列実装や, GPUアクセラレータ上での実装による大幅な高速化を行った. 「京」やTSUBAMEといった超並列計算機を効率的に利用するための, MPIとOpenMPライブラリを併用したハイブリッド並列化や, タンパク質の前処理や回転計算をGPU上で計算させることでCPU-GPU間のデータ転送コストの削減などを行い, 東工大TSUBAME2.5システム400ノードの計算機環境において, 100万件規模のタンパク質間相互作用予測計算をおよそ1日で完了できるようになった.さらに, 当該予測システムは単体の複合体構造情報のみを用いるものであるが, 既存の複合体構造情報を併用することで精度, 特に選択度を向上させることのできる手法を提案した. これらはヒトアポトーシスパスウェイ中のタンパク質群(57種)に適用し, 未知の相互作用の検出を試みた. 提案手法によって検出された未知の相互作用の例としてカスパーゼ-3とカスパーゼ-7という2つのタンパク質の相互作用を挙げ, 予測された複合体構造などに基づいて検証を行った.

蛋白质的生物相互作用网络对于理解疾病的原因和药物发现的目标很重要，但是实验领导大型网络需要大量成本，因此需要通过计算器来预测大型网络。这项研究使用在公共数据库中注册的蛋白质的三维结构信息，以预测蛋白质相互作用是否通过模拟复杂形成的蛋白质对接计算来预测。提议的方法和对GPU加速器的实现大大增加了，以有效地使用超级平行的计算机，例如“京都”和tsubame。在计算器环境中，CPU-GPU之间的数据转移成本可以在大约一天内完成100万个蛋白质相互作用预测一种可以提高准确性的方法，尤其是通过将身体结构信息一起使用，这些方法被应用于人类Poto Sispassway中的蛋白质基团（57种），并试图检测到未知的相互作用。进行方法，进行了两种蛋白质，Casperase-3和Casperase-7的相互作用，并根据预测的复合结构进行了验证。

项目成果

Structure based protein-protein interaction network prediction of EGFR signaling related proteins using MEGADOCK

使用 MEGADOCK 基于结构的蛋白质-蛋白质相互作用网络预测 EGFR 信号传导相关蛋白质

• 发表时间: 2013
• 作者: Yuri Matsuzaki;Masahito Ohue;Nobuyuki Uchikoga;Takashi Ishida;Yutaka Akiyama
• 通讯作者: Yutaka Akiyama

MEGADOCK-GPU : Acceleration of Protein-Protein Docking Calculation on GPUs

MEGADOCK-GPU：GPU上蛋白质-蛋白质对接计算的加速

• DOI: 10.1145/2506583.2506693
• 发表时间: 2013
• 期刊: Proceedings of the ACM Conference on Bioinformatics, Computational Biology and Biomedicine 2013 (ACM-BCB 2013)
• 作者: Takehiro Shimoda;Takashi lshida;Shuji Suzuki;Masahito Ohue;Yutaka Akiyama
• 通讯作者: Yutaka Akiyama

ドッキング計算に基づく網羅的タンパク質-RNA間相互作用予測

基于对接计算的全面蛋白质-RNA相互作用预测

• 发表时间: 2011
• 作者: 大上雅史;松崎由理;内古閑伸之;石田貴士;秋山泰
• 通讯作者: 秋山泰

Highly precise protein-protein interaction prediction by integrating template-based and template-free protein docking

通过集成基于模板和无模板的蛋白质对接来进行高精度的蛋白质-蛋白质相互作用预测

• 发表时间: 2013
• 作者: Masahito Ohue;Yuri Matsuzaki;Takehiro Shimoda;Takashi Ishida;Yutaka Akiyama
• 通讯作者: Yutaka Akiyama

MEGADOCK:構造情報からの相互作用ネットワーク予測

MEGADOCK：根据结构信息预测交互网络

• 发表时间: 2011
• 作者: 大上雅史;山本航平;松崎由理;内古賀伸之;石田貴士;秋山泰
• 通讯作者: 秋山泰