光ではたらくロドプシンタンパク質の機能予測を行う人工知能システムを開発

ad
ad

2018/10/24  名古屋工業大学,理化学研究所

名古屋工業大学大学院工学研究科情報工学専攻の竹内一郎教授(理化学研究所革新知能統合研究センター・データ駆動型生物医科学チーム・チームリーダーを兼任),烏山昌幸准教授と名古屋工業大学大学院工学研究科生命・応用化学専攻の神取秀樹教授(理化学研究所革新知能統合研究センター・データ駆動型生物医科学チーム・客員研究員),井上圭一准教授(所属は研究当時、現:東京大学物性研究所准教授、理化学研究所革新知能統合研究センター・データ駆動型生物医科学チーム・客員研究員)らは,光を吸収する機能を有するタンパク質である、ロドプシンの吸収波長をアミノ酸配列に基づいて予測するコンピュータアルゴリズムを、データ駆動型人工知能(機械学習)によって開発しました。さらに,予測をもとにロドプシンの一部を改変し,従来よりも長い吸収波長を持つ変異型ロドプシンを作製することに成功しました。

ロドプシンタンパク質は分子内部にレチナールと呼ばれる色素を結合しており、特定の波長の光を吸収できるため,動物の神経活動や行動を光で制御する光遺伝学などで重要な役割を担う機能性タンパク質として知られています。自然界に存在する多様な野生型のロドプシンに加え,人工的にアミノ酸の一部を改変することで,異なる吸光波長を持つ変異型のロドプシンを人工的に合成することができます。しかし,どのような改変を行えば,どのような吸光波長が得られるのかは合成して初めて明らかになることであり,多大な人的・費用的コストをかけて研究者の経験と勘による試行錯誤が繰り返されていました。本研究成果は,さまざまな野生型ロドプシンの吸光波長を超高速かつノーコストで予測できるだけでなく,特定の吸光波長を持つ変異型のロドプシンを設計指針としても有用なものです。本研究は名古屋工業大学と理化学研究所・革新知能統合研究センターの共同研究として実施された情報工学分野と生物化学分野の異分野連携による成果です。データ駆動型人工知能を用いて機能性タンパク質の機能予測を行う一般的な枠組を提供しており,ロドプシン以外の機能性タンパク質の予測や設計にも利用することができます。本研究の成果はScientific Reports誌第8号に掲載されました。

タイトルとURLをコピーしました