核酸の塩基配列及び塩基修飾を解析する装置、方法及びプログラム
【課題】核酸の解析を迅速且つ正確に行うことのできる装置を提供する。
【解決手段】核酸の全体塩基組成に基づいて複数の塩基組成セットを作成するとともに、塩基組成セットが末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、塩基組成セットとその末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を末端位置に有する他の塩基組成セットとの間に接続関係を作成する処理部と、部分塩基組成について、対応したプロダクトイオンの予測される質量値を算出し、予測される質量値と核酸由来のプロダクトイオンの実際に得られた質量値との比較に基づいて塩基組成セットに重みを付与する処理部と、塩基組成セットに付与された重みに基づいて階層構造の最外階層から接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択することによって、核酸の末端塩基から塩基配列を順次決定する処理部と、を含む核酸解析装置とする。
【解決手段】核酸の全体塩基組成に基づいて複数の塩基組成セットを作成するとともに、塩基組成セットが末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、塩基組成セットとその末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を末端位置に有する他の塩基組成セットとの間に接続関係を作成する処理部と、部分塩基組成について、対応したプロダクトイオンの予測される質量値を算出し、予測される質量値と核酸由来のプロダクトイオンの実際に得られた質量値との比較に基づいて塩基組成セットに重みを付与する処理部と、塩基組成セットに付与された重みに基づいて階層構造の最外階層から接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択することによって、核酸の末端塩基から塩基配列を順次決定する処理部と、を含む核酸解析装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核酸の塩基配列及び塩基修飾を解析する装置、方法及びプログラムに関し、特に、質量分析の結果を利用して核酸の塩基配列及び塩基修飾を解析する装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＮＡ干渉やマイクロＲＮＡの発見によって、タンパク質をコードしないＲＮＡ（機能性ＲＮＡ）が担う新しい機能が注目されている。機能性ＲＮＡは、それ自身が遺伝子の最終産物であり、機能性高分子として振る舞い、遺伝子発現の調節、発生、分化等の高次生命現象に関わる重要な働きを担っていることが次第に明らかになりつつある。また、機能性ＲＮＡの異常が疾患の原因になっているという報告例もあり、疾患の原因として、タンパク質の異常のみならずＲＮＡの異常も視野に入れる必要性が指摘されている。
【０００３】
従来、このようなＲＮＡを解析する方法としては、例えば、逆転写ＰＣＲによりｃＤＮＡを増幅し、当該ｃＤＮＡの配列を決定する方法があった。
【０００４】
また、例えば、非特許文献１においては、解析の対象とする核酸の塩基配列として予想される全ての塩基配列候補を作成し、当該全ての塩基配列候補の各々から生じ得る複数組のプロダクトイオンについて、理論的に予測される質量／電荷比と、当該核酸から生じたプロダクトイオンについて実際の質量分析により得られた質量／電荷比と、を比較することにより、当該全ての塩基配列候補の各々をスコア付けし、当該スコアの高いものを当該核酸の塩基配列として決定する方法が提案されている。
【非特許文献１】Oberacher H., Mayr B.M., Huber C.G.; Journal of the American Societyfor Mass Spectrometry, 15 (1), pp. 32-42, 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ｃＤＮＡを用いた方法は、熟練した技術が必要であり、時間と手間がかかる上に、ＰＣＲによるバイアスを考慮すると定量的とは言い難い。
【０００６】
また、上記非特許文献１に記載の方法は、対象とする核酸の塩基数が増加するにつれて、予想される塩基配列候補の数が急激に増加するため、塩基配列を決定するための計算量が膨大になる。また、各塩基配列候補から生じ得る複数組のプロダクトイオンの全てについて理論値と実測値とを比較した結果に基づいて、当該各塩基配列候補をスコア付けするため、例えば、信頼性の高い末端由来の短いプロダクトイオンの実測結果を十分に活用できないことがある。また、核酸の塩基修飾を解析する上でも同様の問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、塩基配列や塩基修飾等に関する核酸の解析を迅速且つ正確に行うことのできる装置、方法及びプログラムを提供することをその目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る核酸解析装置は、核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一処理部と、前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二処理部と、前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三処理部と、を含むことを特徴とする。本発明によれば、塩基配列や塩基修飾等に関する核酸の解析を迅速且つ正確に行うことのできる装置を提供することができる。すなわち、計算量を効果的に低減しつつ、末端由来のプロダクトイオンの質量分析結果を効果的に利用して、塩基配列の決定、塩基修飾の有無、塩基修飾の内容（修飾の種類、位置、数等）等について、信頼性の高い解析を行うことができる。
【０００９】
また、前記第一処理部は、前記階層構造の一方の最外階層からは、５’端位置又は３’端位置のうち一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、他方の最外階層からは、５’端位置又は３’端位置のうち他方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となるよう、前記塩基組成セットを階層化し、前記第三処理部は、前記階層構造の前記一方の最外階層及び前記他方の最外階層の両方の最外階層から内部の階層に向けて前記接続関係を辿りながら、前記選択処理を行うことによって、前記核酸の５’端及び３’端の両末端から塩基配列を順次決定することもできる。また、前記第二処理部は、前記接続関係の各々により接続される一対の前記塩基組成セットに付与された重みに基づいて、前記接続関係の各々に重みを付与し、前記第三処理部は、前記塩基組成セットの各々に付与された重みと前記接続関係の各々に付与された重みとに基づいて、前記選択処理を行うこともできる。また、前記第一処理部は、前記塩基組成セットの各々に対応する階層化されたノードと、前記接続関係の各々に対応して前記ノードを接続するエッジと、を有する有向グラフを作成し、前記第三処理部は、前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記有向グラフの前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する階層側の末端から最適経路を探索することにより、前記選択処理を行うこともできる。この場合、前記第三処理部は、動的計画法を適用して、前記選択処理を行うこともできる。さらに、この場合、前記第一処理部は、前記有向グラフの一方端からは、対応する前記塩基組成セットの５’端位置又は３’端位置のうち一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、前記有向グラフの他方端からは、対応する前記塩基組成セットの５’端位置又は３’端位置のうち他方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となるよう、前記ノードを階層化し、前記第三処理部は、前記有向グラフの前記一方端及び前記他方端の両端から内部に向けて動的計画法を適用して前記エッジを辿りながら、前記選択処理を行うことによって、前記核酸の５’端及び３’端の両末端から塩基配列を順次決定することもできる。
【００１０】
また、前記第二処理部は、前記部分塩基組成の各々について、前記対応したプロダクトイオンの質量分析において、前記対応したプロダクトイオンに修飾塩基が含まれないと仮定した場合に予測される第一の予測質量値と、前記対応したプロダクトイオンに修飾塩基が含まれると仮定した場合に予測される第二の予測質量値と、を作成し、前記第一の予測質量値及び前記第二の予測質量値の各々と、前記実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記部分塩基組成の各々に重みを付与することもできる。この場合、前記第二処理部は、前記部分塩基組成の各々について、前記第一の予測質量値及び前記第二の予測質量値の各々と、前記実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記対応したプロダクトイオンに前記修飾塩基が含まれるか否かを判断し、前記対応したプロダクトイオンに前記修飾塩基が含まれると判断した場合には、前記部分塩基組成の各々に、前記修飾塩基に関する修飾情報を関連付けて保持し、前記第三処理部は、前記階層構造の隣接する階層間で、前記選択された塩基組成セットにおいて前記修飾情報が関連付けられている部分塩基組成の位置が移動するか否かの判断結果に基づいて、前記核酸に含まれる修飾塩基の位置を決定することもできる。
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る核酸解析方法は、核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一ステップと、前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二ステップと、前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三ステップと、を含むことを特徴とする。本発明によれば、核酸の解析を迅速且つ正確に行うことのできる方法を提供することができる。
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る核酸解析プログラムは、コンピュータに、核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一手順と、前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二手順と、前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三手順と、を実行させることを特徴とする。本発明によれば、核酸の解析を迅速且つ正確に行うことのできるプログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の一実施形態に係る核酸の塩基配列及び塩基修飾を解析する装置（以下、「本装置」という）、方法（以下、「本方法」という）、及びプログラム（以下、「本プログラム」という）について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態においては、本プログラムに従って動作する本装置を用いて、本方法を実施する場合を例として説明する。
【００１４】
まず、本装置及び本プログラムの概要について説明する。本装置は、その少なくとも一部にコンピュータを含んで構成することができる。図１は、本装置１の主な構成を示すブロック図である。図１に示すように、本装置１は、制御部１０と、記憶部２０と、入力部３０と、出力部４０と、質量分析部５０と、を含んでいる。
【００１５】
制御部１０は、ＣＰＵ等の演算装置によって実現できる。制御部１０は、記憶部２０に格納されているプログラムに従って動作し、記憶部２０、入力部３０、出力部４０、質量分析部５０との間でデータの入出力を行うことができる。すなわち、制御部１０は、質量分析部５０から受け入れた質量分析に関するデータを記憶部２０に格納するとともに、記憶部２０から読み出したデータと入力部３０から受け入れたデータとに基づいて所定の演算処理を実行することができる。また、制御部１０は、演算処理の結果に関連するデータに基づいて、出力部４０に当該結果を表す所定の画像を表示させることができる。また、制御部１０は、質量分析部５０に指示データを出力して所定の質量分析を実行させることもできる。
【００１６】
図２は、この制御部１０によって行われる主な処理を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御部１０は、塩基組成処理部１１と、重み付け処理部１２と、解析処理部１３と、を機能的に含んでいる。制御部１０による処理の具体的内容については後に詳しく説明する。
【００１７】
記憶部２０は、ハードディスク等の外部記憶装置や、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の主記憶装置によって実現できる。すなわち、例えば、記憶部２０はハードディスクを備え、制御部１０が実行するプログラム（本プログラムや、質量分析部５０が質量分析を実行し又は質量分析結果を解析するためのプログラム等）、制御部１０が演算処理で利用するデータベース、制御部１０が質量分析部５０から受け入れた質量分析に関するデータを当該ハードディスクに格納する。また、記憶部２０は、制御部１０により行われる処理で利用されるデータを保持するワークメモリとして動作することもできる。すなわち、例えば、記憶部２０はＲＡＭを備え、制御部１０が入力部３０や質量分析部５０から受け入れたデータや、制御部１０による演算処理の過程で生成されたデータを当該ＲＡＭに一時的に保持する。
【００１８】
入力部３０は、キーボード、マウス、タッチパッド等の入力装置によって実現できる。入力部３０は、本装置のユーザからデータの入力を受け入れることができる。また、入力部３０は、ＣＤやＤＶＤ等の記録媒体のドライブ装置を含んで実現することもできる、この場合、入力部３０は、ドライブ装置に挿入された記録媒体に記録されているデータを読み出して制御部１０に出力する。
【００１９】
出力部４０は、液晶ディスプレイ等の表示装置によって実現できる。出力部４０は、制御部１０から受け入れたデータに基づいて、制御部１０により行われた処理の結果を表す画面や、ユーザにデータの入力を促す画面をユーザに提示することができる。
【００２０】
質量分析部５０は、ＱｑＴＯＦ型のＬＣ／ＭＳ／ＭＳ等の核酸の質量分析に適した質量分析計によって実現できる。質量分析部５０は、対象とする核酸の質量分析を実行し、その分析結果に関するデータを制御部１０に出力する。
【００２１】
本プログラムは、コンピュータに、本発明に関する処理を実行させることができる。例えば、本プログラムは、本装置に、本方法に関する処理を実行させることができる。また、本プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録することができる。
【００２２】
次に、本装置、本方法及び本プログラムの詳細について説明する。ここでは、核酸として、所定長さのＲＮＡ分子をＲＮＡ分解酵素の一種であるＲＮａｓｅＡを使用して切断することにより得られたＲＮＡ断片（以下、「対象断片」という）を解析の対象とする場合を例として説明する。
【００２３】
図３は、本方法に含まれる主なステップの一例を示すフロー図である。図３に示すように、本方法は、第一のステップＳ１００と、第二のステップＳ２００と、第三のステップＳ３００と、を含んでいる。
【００２４】
第一のステップＳ１００において、本装置１の塩基組成処理部１１は、対象断片の親イオンに関する情報を取得する（Ｓ１０１）。この親イオンは、質量分析部５０が備える質量分析計において、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法やマトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）法等の核酸の質量分析に適したイオン化法により、対象断片から生成することができる。
【００２５】
親イオンに関する情報としては、例えば、親イオンの質量対電荷比（ｍ／ｚ値）、価数、対象断片の作製に使用されたＲＮＡ分解酵素の種類、対象断片に含まれる修飾塩基の種類等を用いることができる。親イオンのｍ／ｚ値や価数は、例えば、質量分析部５０が備えるＬＣ−ＱｑＴＯＦ型の質量分析計を用いて、当該質量分析計の誤差範囲内で親イオンの質量分析を行うことにより、高い精度で測定することができる。
【００２６】
塩基組成処理部１１は、これらの親イオンに関する情報を、質量分析部５０から受け入れることができる。なお、塩基組成処理部１１は、親イオンに関する情報を、入力部３０を介して本装置１のユーザから受け入れ、又は記憶部２０から読み出すことにより、取得することもできる。
【００２７】
次に、塩基組成処理部１１は、親イオンに関する情報に基づいて、対象断片の全体塩基組成を決定する（Ｓ１０２）。ここで、「塩基組成」とは、所定長さの核酸分子に含まれる塩基の種類及び各塩基の数から構成され、当該核酸分子における各塩基の配列順序とは無関係に決定される。対象断片の「全体塩基組成」とは、当該対象断片の全体としての塩基組成である。
【００２８】
本実施形態においては、例えば、対象断片が、３残基のアデニン（Ａ）、１残基のウラシル（Ｕ）、及び２残基のグアニン（Ｇ）から構成され、シトシン（Ｃ）を含まない場合、当該対象断片の全体塩基組成を「Ａ３Ｇ２Ｕ」と記述する。この塩基組成の記述において、塩基の記載順序は、対象断片における塩基の配列順序とは無関係である。
【００２９】
このステップＳ１０２において、塩基組成処理部１１は、まず、親イオンのｍ／ｚ値や価数等の情報に基づいて、親イオンの分子量（質量）を算出する。そして、塩基組成処理部１１は、この親イオンの分子量に基づいて、対象断片の全体塩基組成を決定する。
【００３０】
すなわち、例えば、記憶部２０が、ＲＮＡ断片の様々な塩基組成と、その分子量と、を関連付けたデータベースを格納している場合には、塩基組成処理部１１は、親イオンの分子量と、当該データベースに格納されている各塩基組成の分子量と、を照合する。そして、塩基組成処理部１１は、データベースに登録されている塩基組成のうちから、親イオンの分子量に一致し、又は分子量の差分が所定の誤差範囲内である塩基組成を抽出し、当該抽出された塩基組成を、対象断片の全体塩基組成として決定する。なお、所定の誤差範囲は、例えば、親イオンの質量分析に用いられた質量分析計の性能や分析条件等に応じた分析精度に基づいて決定することができる。
【００３１】
具体的に、ここでは、塩基組成処理部１１が、親イオンのｍ／ｚ値「９９９．７」と価数「−２」とに基づいて、分子量「２００１．４（Ｄａ）」を算出し、当該分子量に基づくデータベース検索により、対象断片の全体塩基組成を「Ａ３Ｇ２Ｕ」と決定した場合を例として説明する。
【００３２】
次に、塩基組成処理部１１は、決定された全体塩基組成に基づいて、複数の塩基組成セットを作成する（Ｓ１０３）。この複数の塩基組成セットの各々は、一組の部分塩基組成から構成される。
【００３３】
ここで、「一組の部分塩基組成」は、全体塩基組成の互いに異なる一部（部分塩基組成）の組合せとして構成される。すなわち、一組の部分塩基組成を構成する各部分塩基組成は、全体塩基組成を複数に分割して得られる互いに異なる複数の部分の各々である。
【００３４】
また、各部分塩基組成は、塩基の種類、各塩基の数、及び対象断片における位置により特定される。したがって、例えば、２つの部分塩基組成について、各々を構成する塩基の種類及び各塩基の数が互いに同一であったとしても、各々の対象断片における位置が互いに異なる場合には、当該２つの部分塩基組成は互いに異なるものとなる。この部分塩基組成の位置は、例えば、対象断片の末端位置（５’端位置又は３’端位置）や、末端以外の内部位置等として決定することができる。
【００３５】
そして、一組の部分塩基組成は、少なくとも５’端位置の部分塩基組成（５’端塩基を含む部分塩基組成）と３’端位置の部分塩基組成（３’端塩基を含む部分塩基組成）とを含む。具体的に、例えば、全体塩基組成「Ａ３Ｇ２Ｕ」を２つに分割して一組の部分塩基組成を作成する場合の一例として、当該一組の部分塩基組成は、５’端位置の部分塩基組成「Ａ」と３’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２Ｕ」とから構成される。また、全体塩基組成「Ａ３Ｇ２Ｕ」を３つに分割して一組の部分塩基組成を作成する場合の一例として、当該一組の部分塩基組成は、５’端位置の部分塩基組成「Ａ」と３’端位置の部分塩基組成「Ｕ」と内部（インターナル）位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２」とから構成される。
【００３６】
このような一組の部分塩基組成は、対象断片由来の仮想的な一組のプロダクトイオンに対応すると考えることもできる。すなわち、各部分塩基組成は、対象断片をイオン化して親イオンを生成し、さらに当該親イオンを解離させてプロダクトイオンを生成した場合において、１分子の親イオンから生成された一組のプロダクトイオンを構成する各プロダクトイオンの塩基組成に対応していると考えることができる。したがって、例えば、一組の部分塩基組成は、５’端の塩基を含むプロダクトイオンに対応する５’端位置の部分塩基組成と、３’端の塩基を含むプロダクトイオンに対応する３’端位置の部分塩基組成と、を少なくとも含むこととなる。なお、もちろん、各部分塩基組成に対応するプロダクトイオンが、後述するような質量分析において実際に検出されるとは限らない。
【００３７】
各塩基組成セットは、上述のようにして決定される一組の部分塩基組成から構成されるため、その全体としての塩基組成は全体塩基組成に一致する。すなわち、各塩基組成セットを構成する各部分塩基組成の合計は、全体塩基組成に一致する。また、本実施形態において、各塩基組成セットの構成は、コロン（：）を介して、５’端側の部分塩基組成を左側に、３’端側の部分塩基組成を右側に、それぞれ配置して記述される。具体的に、例えば、全体塩基組成「Ａ３Ｇ２Ｕ」を２つに分割して塩基組成セットを作成する場合の一例として、５’端位置の部分塩基組成「Ａ」と３’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２Ｕ」とから構成される塩基組成セットの構成は「Ａ：Ａ２Ｇ２Ｕ」と記述される。また、全体塩基組成「Ａ３Ｇ２Ｕ」を３つに分割して塩基組成セットを作成する場合の一例として、５’端位置の部分塩基組成「Ａ」と３’端位置の部分塩基組成「Ｕ」と内部（インターナル）位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２」とから構成される塩基組成セットの構成は「Ａ：Ａ２Ｇ２：Ｕ」と記述される。
【００３８】
また、１つの全体塩基組成から作成される複数の塩基組成セットの各々は、互いに異なる一組の部分塩基組成から構成される。ここで、例えば、２つの塩基組成セットのうち一方を構成する一組の部分塩基組成と、他方を構成する一組の部分塩基組成と、を比較した場合に、少なくとも一部の対応する部分塩基組成が異なる場合には、当該２つの塩基組成セットは、互いに異なる一組の部分塩基組成から構成されていることとなる。
【００３９】
なお、対応する部分塩基組成とは、対象断片における位置が同一の部分塩基組成である。例えば、２つの塩基組成セットのうち一方に含まれる５’端の部分塩基組成と、他方に含まれる５’端の部分塩基組成と、は対応する部分塩基組成である。対応する２つの部分塩基組成の塩基の種類又は各塩基の数の少なくとも一方が異なる場合、当該対応する２つの部分塩基組成は互いに異なることとなる。
【００４０】
このステップＳ１０３において、塩基組成処理部１１は、対象断片の全体塩基組成、当該全体塩基組成の分割条件、当該対象断片の作製に使用されたＲＮＡ分解酵素の種類等に関するデータに基づいて、当該全体塩基組成から予想される、可能な部分塩基組成の組合せの全部又は一部を作成することにより、互いに異なる複数の塩基組成セットを作成する。すなわち、例えば、塩基組成処理部１１は、全体塩基組成を２つに分割して一組の部分塩基組成を作成する場合において可能な全ての部分塩基組成の組を算出し、その各々がこれら複数組の部分塩基組成のうち互いに異なる一組から構成される複数の塩基組成セットを表すデータを生成する。なお、塩基組成処理部１１は、これら部分塩基組成セットの作成に利用するデータの全部又は一部を、入力部３０を介してユーザから受け入れ、又は記憶部２０から読み出すことにより取得することもできる。
【００４１】
ここで、上述のように対象断片はＲＮＡａｓｅＡによる切断処理によって作製されたＲＮＡ断片であるため、当該対象断片の３’端の塩基はウラシル（Ｕ）又はシトシン（Ｃ）であると予想することができる。一方、上記ステップＳ１０２で決定された対象断片の全体塩基組成は「Ａ３Ｇ２Ｕ」であってシトシン（Ｃ）を含まない。このため、対象断片の３’端はウラシル（Ｕ）であると決定できる。また、ここでは親イオンは一箇所で切断される（すなわち、５’端の塩基を含むプロダクトイオンと３’端の塩基を含むプロダクトイオンとからなる一組のプロダクトイオンが生成される）と仮定する。
【００４２】
したがって、このように対象断片の作製に使用されたＲＮＡ分解酵素の種類によって当該対象断片の末端（５’端又は３’端）の塩基の種類を特定することができる場合には、塩基組成処理部１１は、全体塩基組成「Ａ３Ｇ２Ｕ」と、当該全体塩基組成の分割数「２」と、当該ＲＮＡ分解酵素の種類「ＲＮＡａｓｅＡ」と、に基づいて、当該対象断片の末端位置の塩基の種類を「ウラシル（Ｕ）」と決定する。そして、塩基組成処理部１１は、全体塩基組成と、末端塩基の決定結果と、に基づいて、複数の塩基組成セットを作成する。すなわち、塩基組成処理部１１は、全体塩基組成に含まれるウラシル（Ｕ）の位置を３’端に固定した上で、当該全体塩基組成の残りの塩基組成に基づいて、部分塩基組成の組を複数作成する。
【００４３】
具体的に、塩基組成処理部１１は、３’端位置の部分塩基組成がウラシル（Ｕ）を含む場合に可能な全ての部分塩基組成の組合せを算出して、その構成がそれぞれ「Ａ：Ａ２ＵＧ２」、「Ｇ：Ａ３ＵＧ」、「Ａ２：ＡＵＧ２」、「ＡＧ：Ａ２ＵＧ」、「Ｇ２：Ａ３Ｕ」、「Ａ３：ＵＧ２」、「Ａ２Ｇ：ＡＵＧ」、「ＡＧ２：Ａ２Ｕ」、「Ａ３Ｇ：ＵＧ」、「Ａ２Ｇ２：ＡＵ」、「Ａ３Ｇ２：Ｕ」で表される、互いに異なる１１個の塩基組成セットを作成する。
【００４４】
また、このステップＳ１０３において、塩基組成処理部１１は、塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成する。すなわち、塩基組成処理部１１は、例えば、入力部３０を介して受け入れたユーザからの指示に基づいて、５’端又は３’端のうち少なくとも一方を着目末端として決定し、当該着目末端位置の部分塩基組成に含まれる塩基の数に基づいて塩基組成セットを階層化する。具体的に、ここでは、塩基組成処理部１１は、５’端を着目末端として決定し、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が同一の塩基組成セットを同一の階層に分類する。すなわち、塩基組成処理部１１は、各階層に、５’端位置の部分塩基組成の塩基数として互いに異なる所定数を関連付け、各階層には、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が当該各階層に対応する所定数である、全体塩基組成から可能な全ての塩基組成セットを分類する。そして、塩基組成処理部１１は、各階層に属する塩基組成セットを構成する５’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に当該各階層を順位付けする。
【００４５】
そして、塩基組成処理部１１は、例えば、図４に示すように、１１個の塩基組成セットの各々について、各塩基組成セットに割り当てられた識別情報Ｓ１〜Ｓ１１と、当該各塩基組成セットの構成と、当該各塩基組成セットが属する階層の番号と、を関連付けたデータテーブルを階層データとして作成する。
【００４６】
図４に示すように、この階層構造においては、一方の最外階層（階層番号が「１」の第一階層）から他方の最外階層（階層番号が「５」の第五階層）まで、各階層に属する塩基組成セットを構成する５’端位置の部分塩基組成に含まれる塩基の数が１つずつ増加している。
【００４７】
すなわち、５’端の部分塩基組成の塩基数が最も小さい「１」である２つの塩基組成セットＳ１，Ｓ２は、階層構造における一方の最外階層である第一階層に分類され、当該塩基数が１つ大きい「２」である３つの塩基組成セットＳ３，Ｓ４，Ｓ５はその内側の第二階層に分類され、当該塩基数がさらに１つ大きい「３」である３つの塩基組成セットＳ６，Ｓ７，Ｓ８はさらに深い第三階層に分類され、当該塩基数がさらに１つ大きい「４」である２つの塩基組成セットＳ９，Ｓ１０はさらに深い第四階層に分類され、当該塩基数が最も大きい「５」である１つの塩基組成セットＳ１１は、当該階層構造における他方の最外階層である第五階層に分類されている。
【００４８】
一方、この階層構造においては、３’端位置の部分塩基組成の塩基数に着目すると、逆に、第五階層から第一階層まで、当該３’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に、塩基組成セットが階層化されている。すなわち、この階層構造においては、一方の最外階層（第一階層）からは５’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、他方の最外階層（第五階層）からは３’端位置の部分塩基組成の昇順となるよう、塩基組成セットが階層化されている。
【００４９】
さらに、このステップＳ１０３において、塩基組成処理部１１は、塩基組成セットの各々と、その末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を当該末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する。
【００５０】
すなわち、塩基組成処理部１１は、隣接する階層のうち、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が小さい塩基組成セットが属する一方の階層に属する塩基組成セットの各々と、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が大きい塩基組成セットが属する他方の階層に属し、当該一方の階層の塩基組成セットにおける５’端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を、当該５’端位置の部分塩基組成として有する塩基組成セットと、の間に１つの接続関係を作成する。
【００５１】
具体的に、塩基組成処理部１１は、図４に示す階層化された１１個の塩基組成セットのうち、例えば、第一階層に属する、５’端位置の部分塩基組成が１つのアデニン（Ａ）から構成される塩基組成セットＳ１と、隣接する第二階層に属する３つの塩基組成セットＳ３，Ｓ４，Ｓ５のうち、５’端位置の部分塩基組成が１つのアデニン（Ａ）にもう１つのアデニン（Ａ）を加えて構成される塩基組成セットＳ３との間に接続関係を作成すると共に、５’端位置の部分塩基組成が１つのアデニン（Ａ）に１つのグアニン（Ｇ）を加えて構成される塩基組成セットＳ４との間にも接続関係を作成する。
【００５２】
そして、塩基組成処理部１１は、例えば、図５に示すように、作成した接続関係の各々について、各接続関係に割り当てられた識別情報Ｃ１〜Ｃ１５と、当該各接続関係によって接続される一対の塩基組成セットを特定する情報と、当該各接続関係が属する階層の番号と、を関連付けたデータテーブルを接続データとして作成する。図５に示す例において、各接続関係によって接続される一対の塩基組成セットを特定する情報は、予め各塩基組成セットに割り当てられた識別情報（図４参照）の組合せとなっている。また、各接続関係が属する階層の番号は、当該各接続関係によって接続される各塩基組成セットが属する階層番号（図４参照）のうち、小さいほうの階層番号となっている。
【００５３】
次に、塩基組成処理部１１は、塩基組成セットの各々に対応する階層化されたノードと、上述の接続関係の各々に対応して当該ノードを接続するエッジと、を有する有向グラフを作成する（Ｓ１０４）。すなわち、塩基組成処理部１１は、上述したような階層データと接続データとに基づいて、塩基組成セットの接続関係を視覚化した有向グラフを作成する。具体的に、例えば、塩基組成処理部１１は、図６に示すような有向グラフを作成する。
【００５４】
図６に示す有向グラフにおいては、図４に示した階層構造に従い、一方端（図中の左端）の最外階層（第一階層）から他方端（図中の右端）の最外階層（第五階層）に向けては、各ノードに対応する塩基組成セットを構成する５’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、当該第五階層から当該第一階層に向けては、各ノードに対応する塩基組成セットを構成する３’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となるよう、図４に示した１１個の塩基組成セットＳ１〜Ｓ１１に対応する１１個のノードＮ１〜Ｎ１１が階層化されて配置されている。なお、以下、有向グラフにおいて第一階層側の末端を５’端、第五階層側の末端を３’端と呼ぶ。
【００５５】
すなわち、この有向グラフにおいては、５’端から内部に向けて、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が１ずつ増加する一方で、３’端から内部に向けては、３’端位置の部分塩基組成の塩基数が１ずつ増加するように、ノードＮ１〜Ｎ１１が階層化されて配置されている。
【００５６】
また、この有向グラフにおいては、接続関係によって接続される一対の塩基組成セットに対応した一対のノードが、図５に示した接続関係Ｃ１〜Ｃ１５に対応するエッジＥ１〜Ｅ１５により接続されている。すなわち、隣接する階層のうち５’端位置の部分塩基組成の塩基数が小さい塩基組成セットが属する一方の階層に属する塩基組成セットに対応するノードの各々と、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が大きい塩基組成セットが属する他方の階層に属し、当該一方の階層の塩基組成セットにおける５’端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を、当該５’端位置の部分塩基組成として有する塩基組成セットに対応するノードと、が１つのエッジにより接続されている。
【００５７】
また、この有向グラフにおいて、各エッジは、図６に示すように、５’端階層及び３’端階層から、予め中央の階層として決定された第三階層（図６において破線で囲まれた階層）に向かうよう方向付けされている。なお、塩基組成処理部１１は、両端の最外階層を除く任意の階層を中央の階層として決定することができる。すなわち、例えば、塩基組成処理部１１は、両端の最外階層から等しい階層数の階層、又は一方の最外階層からの階層数と他方の最外階層からの階層数との差が１だけ異なる階層を中央の階層と決定することができる。また、例えば、塩基組成処理部１１は、入力部３０を介してユーザから受け入れたデータによって指示される階層を中央の階層と決定することができる。
【００５８】
また、塩基組成処理部１１は、この有向グラフを画像としてユーザに提示するよう出力部４０に指示することができる。この場合、出力部４０は、図６に示すような有向グラフを液晶ディスプレイ等の画面上に表示する。さらに、この場合、塩基組成処理部１１は、ユーザからの修正指示を入力部３０から受け入れて、有向グラフを修正することもできる。例えば、塩基組成処理部１１は、ユーザから中央の階層を変更するよう指示を受け入れた場合には、当該指示に従い、中央の階層を変更した有効グラフを作成する。
【００５９】
そして、塩基組成処理部１１は、上述の階層データや接続データ等、塩基組成セットや有向グラフに関する情報を含む塩基組成データを重み付け処理部１２に出力する。
【００６０】
第二のステップＳ２００においては、まず、部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出する（Ｓ２０１）。ここで、質量値は、例えば、ｍ／ｚ値とすることができ、又はｍ／ｚ値をデコンボリューションした値（すなわち０（ゼロ）価に変換した値）とすることもできる。すなわち、重み付け処理部１２は、塩基組成処理部１１から受け入れた塩基組成データに基づいて、その塩基組成が各部分塩基組成に一致するプロダクトイオンを質量分析したと仮定した場合に、分析結果として得られることが予測される、当該プロダクトイオンの質量値（予測質量値）を算出する。
【００６１】
ここで、一般に、核酸由来の親イオン（前駆イオン）は、図７Ａに示すように、各ホスホジエステル結合の主に４ヶ所で切断されて様々なプロダクトイオンが生成される。なお、ここでは、ＲＮＡａｓｅＡを使用した切断処理によって作製された４ｍｅｒのＲＮＡ断片（「Ｂ」は塩基を示す）を核酸の一例として示している。
【００６２】
すなわち、図７Ａ，図７Ｂに示すように、ＭｃＬｕｃｋｅｙらの命名法に基づけば、このＲＮＡ断片からは、５’端の塩基を含む５’端プロダクトイオンとして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ系列のプロダクトイオンが生じ、３’端の塩基を含む３’端プロダクトイオンとして、ｗ、ｘ、ｙ、ｚ系列のプロダクトイオンが生じる。また、例えば、ａ系列のプロダクトイオンであって、塩基が欠損したプロダクトイオン（ａ＿Ｂ）が生じることもある。
【００６３】
したがって、ＲＮＡ断片の所定の塩基間位置で切断される場合、５’端位置又は３’端位置の部分組成の塩基数が、切断位置に基づいて決定される所定数である、可能な全ての塩基組成セットの各々について、各系列のプロダクトイオンが生成されると考えることができる。すなわち、このＲＮＡ断片の全体塩基組成が「ＡＵＣＧ」であって、その５’端から１つ目の塩基と２つ目の塩基との間で切断される場合には、図７Ｂに示すように、例えば、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が「１」である可能な全ての塩基組成セット「Ａ：ＵＣＧ］、「Ｕ：ＡＣＧ］、「Ｃ：ＡＵＧ］、「Ｇ：ＡＵＣ］の各々について、５種類の５’端プロダクトイオン「ａ１」、「ｂ１」、「ｃ１」、「ｄ１」、「ａ１＿Ｂ」と、４種類の３’端プロダクトイオン「ｗ３」、「ｘ３」、「ｙ３」、「ｚ３」と、が生成されると考えることができる。なお、図７Ａに示すように、ＲＮＡａｓｅＡによって作製されたＲＮＡ断片は、５’端に水酸基（ＯＨ）を有し、３’端にリン酸基（ＰＯ４Ｈ）を有することが多い。これは、ＲＮＡａｓｅＴによって作製されたＲＮＡ断片についても同様である。したがって、核酸断片の作製に使用された核酸分解酵素の種類に基づいて、当該核酸断片の末端の官能基の種類を予測し、当該官能基のイオン化のしやすさ等、イオン化に関する情報に基づいて、生成されるプロダクトイオンの系列を予測することもできる。
【００６４】
そこで、このステップＳ２０１において、重み付け処理部１２は、各塩基組成セットを構成する各部分塩基組成と、図７Ａに示すような様々な切断パターンと、に基づいて、当該各部分塩基組成に対応する少なくとも１つの系列のプロダクトイオンについて予測質量値を算出する。
【００６５】
具体的に、重み付け処理部１２は、各部分塩基組成に対応したプロダクトイオンの予測質量値として、当該プロダクトイオンに対応するピークが検出されることが理論的に予想されるｍ／ｚ値を算出する。すなわち、重み付け処理部１２は、まず、各部分塩基組成について、図７Ａに示すような４つの切断箇所の各々で切断された場合に生じるプロダクトイオンの分子組成（当該プロダクトイオンに含まれる原子の種類及び各原子の数）を算出する。次いで、重み付け処理部１２は、プロダクトイオンの分子組成に基づいて、当該プロダクトイオンの分子量を算出する。さらに重み付け処理部１２は、プロダクトイオンの分子量と価数とに基づいて、当該プロダクトイオンのｍ／ｚ値を予測質量値として算出する。なお、この予測質量値の算出においては、一部に経験的な知見を利用することもできる。
【００６６】
そして、重み付け処理部１２は、各塩基組成セットについて、当該各塩基組成セットを構成する複数の部分塩基組成の各々について算出された予測ｍ／ｚ値に基づいて、図７Ｃに示すような理論スペクトルを生成する。すなわち、各理論スペクトルにおいては、１つの塩基組成セットと、当該塩基組成セットを構成する各部分塩基組成に対応する各系列のプロダクトイオンについて算出された予測ｍ／ｚ値と、が関連付けられている。ここで、重み付け処理部１２は、図４に示す各塩基組成セット又は図６に示す各ノードについて、一組の部分塩基組成の予測ｍ／ｚ値を算出する。すなわち、例えば、構成が「Ａ２Ｇ：ＡＧＵ」の塩基組成セットについて、当該塩基組成セットが有し得る全ての塩基配列の候補を算出する場合には、５’端位置の塩基配列として可能な３つの塩基配列「ＡＡＧ」「ＡＧＡ」、「ＧＡＡ」と、３’端位置の塩基配列として可能な２つの塩基配列「ＡＧＵ」、「ＧＡＵ」と、の可能な全ての組合せを考慮した６回の演算処理を行う必要があるのに対し、重み付け処理部１２は、当該塩基組成セットについては、部分塩基組成の１つの組合せについて演算処理を実行する。このため、本発明においては、上述のように全ての塩基配列候補について予測ｍ／ｚ値を算出するような場合に比べて、計算量を効果的に低減できる。
【００６７】
次に、重み付け処理部１２は、対象断片由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値（実測質量値）を取得する（Ｓ２０４）。なお、ここでは、まず対象断片に修飾塩基が含まれていない場合又は対象断片における塩基修飾を考慮しない場合について説明するため、図３に示すステップＳ２０２、Ｓ２０３についての説明は省略する。
【００６８】
重み付け処理部１２が取得する実測質量値は、例えば、対象断片をイオン化して得られた親イオンを、質量分析部５０が備える質量分析計の内部で所定の方法により解離させてプロダクトイオンを生成し、当該質量分析計による当該プロダクトイオンの質量分析（ＭＳ／ＭＳ分析）により得られた質量値とすることができる。なお、この親イオンの解離方法は、プロダクトイオンを生成できる方法であれば特に限られないが、例えば、衝突誘起解離（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ−Ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：ＣＩＤ）法を好ましく用いることができる。また、親イオンの解離条件としては、解析に適したプロダクトイオンを生じさせる任意の条件を適宜設定することができ、例えば、ＣＩＤを用いる場合には、好ましい系列のプロダクトイオンを効率よく生じさせる上で適切な衝突電圧を解離条件の一つとして決定することができる。重み付け処理部１２は、例えば、プロダクトイオンについて実際に得られたマススペクトル（実測スペクトル）データを質量分析部５０から受け入れることにより、当該実測スペクトルデータに含まれる実測ｍ／ｚ値を実測質量値として取得することができる。また、重み付け処理部１２は、この実測ｍ／ｚ値を、入力部３０を介してユーザから受け入れ、又は記憶部２０から読み出すことによって取得することもできる。
【００６９】
次に、重み付け処理部１２は、予測質量値と実測質量値との比較に基づいて、塩基組成セットの各々に重みを付与する（Ｓ２０５）。すなわち、重み付け処理部１２は、例えば、予測ｍ／ｚ値との差分が予め定められた条件を満たす実測ｍ／ｚ値に対応するピーク強度に基づいて、当該予測ｍ／ｚ値に対応する部分塩基組成を含む塩基組成セットのノードに重みを付与する。
【００７０】
具体的に、重み付け処理部１２は、まず、実測スペクトルに含まれるピークに対応する実測ｍ／ｚ値のうち、理論スペクトルに含まれる各予測ｍ／ｚ値との差分が予め定められた閾値以下のものがあるかどうかを判断する。なお、この閾値は、例えば、実測ｍ／ｚ値を得るために使用した質量分析計の許容誤差に基づいて決定することができる。
【００７１】
そして、重み付け処理部１２は、ある予測ｍ／ｚ値と、ある実測ｍ／ｚ値と、の差分が閾値以下である場合には、当該予測ｍ／ｚ値と当該実測ｍ／ｚ値とが一致した、すなわち、実測スペクトルにおいて当該予測ｍ／ｚ値に対応するピークがヒットした、と判断する。この場合、重み付け処理部１２は、実測スペクトルにおいて、予測ｍ／ｚ値と一致した実測ｍ／ｚ値の位置で検出されたピーク（ヒットしたピーク）の強度に基づいて、当該予測ｍ／ｚ値に対応する部分塩基組成の部分重みを決定する。そして、重み付け処理部１２は、各ノードに対応する複数の部分塩基組成の各々について決定された部分重みの合計を、当該各ノードの重みとして付与する。
【００７２】
図８は、この予測質量値と実測質量値との比較に基づく各ノードへの重み付け処理の一例を示す概念図である。図８に示すように、重み付け処理部１２は、「Ａ：Ａ２Ｇ２Ｕ」の構成を有する塩基組成セットＳ１及び「Ｇ：Ａ３ＧＵ」の構成を有する塩基組成セットＳ２の各々について理論スペクトルを作成する。この各理論スペクトルにおいては、各塩基組成セットを構成する各部分塩基組成について算出された予測ｍ／ｚ値が特定されている。そして、重み付け処理１２は、これら各理論スペクトルと、プロダクトイオンについて実際に得られた実測スペクトルと、を照合するマッチング処理を行う。
【００７３】
すなわち、重み付け処理部１２は、まず、実測スペクトルに含まれるピークの実測ｍ／ｚ値のいずれかが、塩基組成セットＳ１の理論スペクトルに含まれる、５’端位置の部分塩基組成「Ａ」について算出された第一の予測ｍ／ｚ値又は３’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２Ｕ」について算出された第二の予測ｍ／ｚ値のいずれかに一致するか否かを判断する。
【００７４】
そして、重み付け処理部１２は、このマッチング処理の結果に基づいて各ノードの重み付けを行う。すなわち、重み付け処理部１２は、例えば、第一の予測ｍ／ｚ値に一致する第一の実測ｍ／ｚ値と、第二の予測ｍ／ｚ値と一致する第二の実測ｍ／ｚ値と、の両方を検出した場合には、当該第一の実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度と、当該第二の実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度と、の合計を塩基組成セットＳ１に対応するノードの重みとして決定する。
【００７５】
一方、重み付け処理部１２は、同様のマッチング処理において、実測スペクトルに含まれるピークの実測ｍ／ｚ値の一つが、塩基組成セットＳ２の理論スペクトルに含まれる、５’端位置の部分塩基組成「Ｇ」について算出された第一の予測ｍ／ｚ値と一致したが、３’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２Ｕ」について算出された第二の予測ｍ／ｚ値と一致する実測ｍ／ｚ値はなかったと判断した場合には、当該第一の予測ｍ／ｚ値と一致した実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度のみを、当該塩基組成セットＳ２に対応するノードの重みとして決定する。重み付け処理部１２は、このような重み付け処理を全てのノードについて実行する。
【００７６】
そして、重み付け処理部１２は、例えば、各ノードに割り当てられた識別情報Ｎ１〜Ｎ１１（図６参照）と、当該各ノードに対応する塩基組成セットと、当該各ノードに付与された重みと、を関連付けたデータテーブルをノード重みデータとして生成する。
【００７７】
さらに、重み付け処理部１２は、各ノードが当該各ノードの重みに応じた態様で表示されるよう、有向グラフを更新する。すなわち、重み付け処理部１２は、例えば、図９に示すように、各ノードを、その重みに応じたサイズで表示した有向グラフを作成する。図９に示す有向グラフにおいては、重みが大きいほど、ノードの径が大きくなっている。重み付け処理部１２は、図９に示すような有向グラフを描画するための有向グラフデータを生成して出力部４０に出力し、出力部４０は、液晶ディスプレイ等の画面に当該有向グラフを表示する。このような有向グラフを提示されたユーザは、各ノードの重み付け処理の結果を視覚的に理解することができる。
【００７８】
次に、重み付け処理部１２は、接続関係の各々により接続される一対の塩基組成セットに付与された重みに基づいて、当該接続関係の各々に重みを付与する（Ｓ２０６）。すなわち、例えば、重み付け処理部１２は、図９に示すような有向グラフにおいて、各エッジの両端に接続される２つのノードの各々に付与された重みの合計に基づいて、当該各エッジに重みを付与する。
【００７９】
具体的に、例えば、重み付け処理部１２は、上述のノード重みデータに基づいて、図９に示すエッジＥ２の一方に接続されたノードＮ１に付与されている重みと、他方に接続されたノードＮ４に付与されている重みと、の合計を当該各エッジＥ２の重みとして付与する。重み付け処理部１２は、このような重み付け処理を全てのエッジについて実行する。
【００８０】
そして、重み付け処理部１２は、例えば、各エッジに割り当てられた識別情報Ｅ１〜Ｅ１５と、当該各エッジにより接続された一対のノードを特定する情報と、当該各エッジに付与された重みと、を関連付けたデータテーブルをエッジ重みデータとして生成する。
【００８１】
さらに、重み付け処理部１２は、各エッジが当該各エッジの重みに応じた態様で表示されるよう、有向グラフを更新する。すなわち、重み付け処理部１２は、例えば、図９に示すように、各エッジを、その重みに応じた太さで表示した有向グラフを作成する。図９に示す有向グラフにおいては、重みが大きいほど、エッジの太さが大きくなっている。
【００８２】
なお、重み付け処理部１２は、エッジの重みをノーマライズすることもできる。この場合、重み付け処理部１２は、例えば、各階層に属する各エッジの重みを、当該各階層に属するエッジに付与された最大の重みで除することにより、当該各エッジの重みをノーマライズする。この結果、例えば、０〜１の範囲の値で表される重みを各エッジに付与することができる。重み付け処理部１２は、ノード重みデータやエッジ重みデータ等、上述のような重み付け処理の結果を表すデータを解析処理部１３に出力する。
【００８３】
第三のステップＳ３００において、解析処理部１３は、塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、階層構造の両方の最外階層から接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行う（Ｓ３０１）。すなわち、解析処理部１３は、例えば、図９に示す有向グラフにおいて、各ノードに付与された重みに基づいて、当該有向グラフの５’端又は３’端の両端から内部に向けて、エッジを辿りながら、各階層に属するノードのうち１つを順次選択する。なお、ここでは、解析処理部１３が、動的計画法を適用して、有向グラフの最適経路を探索することにより選択処理を行う場合を例として説明する。
【００８４】
また、通常、親イオンが解離して生成されたプロダクトイオンの質量分析においては、５’端の塩基又は３’端の塩基を含む短い断片のプロダクトイオンが高い強度で検出される傾向がある。したがって、質量分析において、末端塩基を含む短いプロダクトイオンの実測結果は、それより長いプロダクトイオンの実測結果に比べて信頼性が高い場合が多い。
【００８５】
そこで、解析処理部１３は、有向グラフにおいて、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が最も小さい塩基組成セットが属している５’端の第一階層と、３’端位置の部分塩基組成の塩基数が最も小さい塩基組成セットが属している３’端の第五階層と、の両最外階層から、予め中央の階層として定められた第三階層に向かって、動的計画法に基づいて各ノードの重みを更新しながら、エッジを辿っていくことによって、当該有向グラフの５’端又は３’端から各ノードに至る最大の重みをもった経路を最適経路として決定する。
【００８６】
具体的に、解析処理部１３は、まず、エッジの方向に従って、有向グラフの５’端又は３’端のノードから各ノードに至る経路のうち、最大の重みが付与された経路を当該各ノードに至る最適経路として決定する。そして、解析処理部１３は、上述の重み付け処理部１２により付与された各ノードの重み（初期重み）を、当該各ノードに至る最適経路の重み（更新重み）に変更する重み更新処理を行う。なお、有向グラフの末端のノードから各ノードまでの経路の重みは、例えば、当該末端のノードから各ノードに至るまでに通過した各エッジの重みの合計とすることができる。
【００８７】
解析処理部１３は、この重み更新処理を、５’端の第一階層及び３’端の第五階層から中央の第三階層に至るまで、各階層に属する各ノードについて順次実行する。この最適経路の探索処理は、例えば、動的計画法について良く知られているＢｅｌｍａｎの公式を用いて表すことができる。すなわち、ここで、ｋを中央階層の階層番号とし、関数ｇ（ｘ）をノードｘの階層番号を返す関数とする。また、５’端の最外階層から中央階層までの間において、エッジで接続されているノードｍ，ｎは、ｇ（ｎ）＜ｇ（ｍ）≦ｋの条件を満たすものとする。そして、ｆ（ｍ）を５’端のノードからノードｍまでの最大スコアとし、Ｗnmをノードｎ，ｍが接続されているエッジの重みとすると、式ｆ（ｍ）＝ｍａｘ［Ｗｎｍ＋f（ｎ）］が成り立つ。同様に、３’端の最外階層から中央階層までの間において、エッジで接続されているノードｍ、ｎは、ｇ（ｎ）＞ｇ（ｍ）≧ｋの条件を満たすものとし、ｆ（ｍ）を３’端のノードからノードｍまでの最大スコアとし、Ｗｎｍをノードｎ，ｍが接続されているエッジの重みとすると、式ｆ（ｍ）＝ｍａｘ［Ｗｎｍ＋ｆ（ｎ）］が成り立つ。なお、解析処理部１３は、有向グラフの５’端の最外階層のノードから中央階層のノードまでは前進型動的計画法を適用し、３’端の最外階層のノードから中央階層のノードまでは後進型動的計画法を適用する。
【００８８】
具体的に、解析処理部１３は、図９に示す有向グラフの５’端の第一階層に属する２つのノードＮ１，Ｎ２の重みを０（ゼロ）と決定する。次に、解析処理部１３は、第二階層に属するノードＮ３，Ｎ４，Ｎ５のうち、例えば、ノードＮ４の重みを更新するにあたって、３’端側で当該ノードＮ４に接続されているエッジＥ２の重みと当該エッジＥ２の５’端側に接続されているノードＮ１の重みとを合計した第一候補重みと、３’端側で当該ノードＮ４に接続されている他のエッジＥ３の重みと当該エッジＥ３の５’端側に接続されているノードＮ２の重みとを合計した第二候補重みと、を比較する。そして、解析処理部１３は、これらの候補重みのうち第一候補重みのほうが大きいと判断した場合には、当該第一候補重みをノードＮ４の更新重みとして決定する。そして、解析処理部１３は、この決定された更新重みと、当該更新重みを付与したエッジＥ２を特定する情報（例えば、図５に示すようにエッジＥ２に対応する接続関係Ｃ２に付与された識別情報「Ｃ２」や、エッジＥ２に付与された識別情報「Ｅ２」）と、をノードＮ４に関連付けて保持しておく。
【００８９】
解析処理部１３は、このような重み更新処理を、第二階層の他のノードＮ３，Ｎ５についても行う。また、解析処理部１３は、同様に、３’端の第五階層に属するノードＮ１１の重み更新処理、次いで第四階層に属する２つのノードＮ９，Ｎ１０の重み更新処理、を順次実行する。
【００９０】
そして、解析処理部１３は、中央階層として指定された第三階層に属するノードＮ６，Ｎ７，Ｎ８の重み更新処理を、有向グラフの５’端側から当該ノードＮ６，Ｎ７，Ｎ８の各々に至る最適経路の重みと、有向グラフの３’端側から当該ノードＮ６，Ｎ７，Ｎ８の各々に至る最適経路の重みと、に基づいて行う。すなわち、解析処理部１３は、例えば、中央階層に属するノードＮ７の重みを、ノードＮ１、エッジＥ２、ノードＮ４、エッジＥ７を接続して構成される、５’端側から当該ノードＮ７までの最適経路の重みと、ノードＮ１１、エッジＥ１４、ノードＮ９、エッジＥ１１を接続して構成される、３’端側から当該ノードＮ７までの最適経路の重みと、を合計した更新重みに変更する。具体的に、解析処理部１３は、例えば、ノードＮ４の更新重みとエッジＥ７の重みとを合計した５’端側の部分更新重みと、ノードＮ９の更新重みとエッジＥ１１の重みとを合計した３’端側の部分更新重みと、を合計して、ノードＮ７の更新重みを算出する。そして、解析処理部１３は、この部分更新重みを合計した更新重みと、５’端側の部分更新重みを付与したエッジＥ７を特定する情報と、３’端側の部分更新重みを付与したエッジＥ１１を特定する情報と、をノードＮ７に関連付けて保持しておく。解析処理部１３は、同様にして、中央階層の属する他のノードＮ６，Ｎ８についても重み更新処理を実行する。このように、解析処理部１３は、有向グラフの両端から中央に向けて、より末端側のノード及びエッジに付与された重みに応じて、各ノードの重み更新処理を行う。また、解析処理部１２は、各ノードが当該各ノードの更新重みに応じた態様で表示されるよう、有向グラフを更新することができる。すなわち、この場合、解析処理部１２は、例えば、図１０に示すように、各ノードを、その更新重みに応じたサイズで表示した有向グラフを作成する。図１０に示す有向グラフにおいては、更新重みが大きいほど、ノードの径が大きくなっている。解析処理部１３は、図１０に示すような有向グラフを描画するための有向グラフデータを生成して出力部４０に出力し、出力部４０は、液晶ディスプレイ等の画面に当該有向グラフを表示する。このような有向グラフを提示されたユーザは、各ノードの重み付け更新処理の結果を視覚的に理解することができる。なお、解析処理部１３は、更新重みと、更新前の重みと、をそれぞれ記憶部２０に格納することができる。
【００９１】
そして、次に、解析処理部１３は、図１０に破線の矢印で示すように、有向グラフの中央階層（破線で囲まれた第三階層）から両端の最外階層まで、最適経路を辿るトレースバック処理を行うことにより、各階層に属するノードのうち１つを選択する。
【００９２】
すなわち、解析処理部１３は、まず、中央階層に属する３つのノードＮ６，Ｎ７，Ｎ８の更新重みを互いに比較し、最も大きい更新重みが付与されたノードＮ７を選択する。次いで、解析処理部１３は、中央階層で選択されたノードＮ７に３’端側が接続された、５’端側の第二階層に属するエッジＥ６，Ｅ７のうち、上述のように予めノードＮ７に関連付けられている、５’端側の部分更新重みを付与したエッジＥ７を選択するとともに、当該第二階層に属するノードＮ３，Ｎ４，Ｎ５のうち、当該選択されたエッジＥ７の５’端側に接続されているノードＮ４を選択する。また、解析処理部１３は、同様にして、３’端側の第四階層に属するエッジＥ１１，Ｅ１２のうち、上述のように予めノードＮ７に関連付けられている、３’端側の部分更新重みを付与したエッジＥ１１を選択するとともに、当該第四階層に属するノードＮ９，Ｎ１０のうち、当該選択されたエッジＥ１１の３’端側に接続されているノードＮ９を選択する。さらに、解析処理部１３は、同様にして、５’端の第一階層に属するエッジＥ２、Ｅ３のうち、上述のように予めノードＮ４に関連付けられている、更新重みを付与したエッジＥ２を選択するとともに、当該第一階層に属するノードＮ１，Ｎ２のうち、当該選択されたエッジＥ２の５’端側に接続されているノードＮ１を選択する。一方、解析処理部１３は、３’端の第五階層にはノードＮ１１のみが属しているので、当該ノードＮ１１を選択する。
【００９３】
このように、解析処理部１３は、有向グラフの中央階層から両端の最外階層に向かって動的計画法に基づくトレースバック処理を行い、当該両端の最外階層から中央階層で選択されたノードＮ７に至るまでに通過してきた最適経路を確定させる。すなわち、解析処理部１３は、このトレースバック処理によって、最適経路上で各階層に属するノードを１つずつ選択する。この結果、図１０に示す有向グラフにおいて、解析処理部１３は、５’端の第一階層ではノードＮ１、第二階層ではノードＮ４、中央階層ではノードＮ７、第四階層ではノードＮ９、そして３’端の第五階層ではノードＮ１１を、それぞれ選択する。
【００９４】
次に、解析処理部１３は、上述の選択処理の結果に基づいて、対象断片の両方の末端から塩基配列を順次決定する（Ｓ３０２）。すなわち、解析処理部１３は、隣接する階層の各々で選択された２つの塩基組成セット間で、対応する部分塩基組成を比較し、当該対応する部分塩基組成の差異を構成する塩基を特定するという塩基特定処理を、５’端位置の部分塩基組成については第一階層から第三階層に向けて、また、３’端位置の部分塩基組成については第五階層から第三階層に向けて、それぞれ実行することにより、対象断片の塩基配列を５’端側及び３’端側の両側から順次決定する。
【００９５】
具体的に、解析処理部１３は、図１１に示すように、上述の選択処理によって確定された有向グラフの最適経路上で隣接して配置されるノード間で、対応する部分塩基組成の差異を構成する塩基を、当該有向グラフの５’端側及び３’端側の両端側から順次特定する。
【００９６】
すなわち、解析処理部１３は、まず、５’端の第一階層で選択されたノードＮ１の５’端位置の部分塩基組成が１つのアデニン（Ａ）であることから、対象断片の５’端の塩基はアデニン（Ａ）であると決定する。次に、解析処理部１３は、第一階層で選択されたノードＮ１の５’端位置の部分塩基組成と、当該第一階層の内側（３’端側）に隣接する第二階層で選択されたノードＮ４の５’端位置の部分塩基組成と、を比較して、これらの部分塩基組成の差異を構成する塩基としてグアニン（Ｇ）を特定する。すなわち、解析処理部１３は、対象断片の５’端から２番目の塩基（すなわち、アデニン（Ａ）の３’端側に隣接する塩基）はグアニン（Ｇ）であると決定する。
【００９７】
また、解析処理部１３は、同様にして、３’端の第五階層で選択されたノードＮ１１の３’端位置の部分塩基組成が１つのウラシル（Ｕ）であることから、対象断片の３’端の塩基はウラシル（Ｕ）であると決定する。次に、解析処理部１３は、第五階層で選択されたノードＮ１１の３’端位置の部分塩基組成と、当該第五階層の内側（５’端側）に隣接する第四階層で選択されたノードＮ９の３’端位置の部分塩基組成と、を比較して、これらの部分塩基組成の差異を構成する塩基としてグアニン（Ｇ）を特定する。すなわち、解析処理部１３は、対象断片の３’端から２番目の塩基（すなわち、ウラシル（Ｕ）の５’端側に隣接する塩基）はグアニン（Ｇ）であると決定する。
【００９８】
さらに、解析処理部１３は、同様にして、第二階層で選択されたノードＮ４の５’端位置の部分塩基組成と、中央の第三階層で選択されたノードＮ７の５’端位置の部分塩基組成と、の差異を構成する塩基がアデニン（Ａ）であると特定する一方で、第四階層で選択されたノードＮ９の３’端位置の部分塩基組成と、中央の第三階層で選択されたノードＮ７の３’端位置の部分塩基組成と、の差異を構成する塩基がアデニン（Ａ）であると特定する。この結果、解析処理部１３は、対象断片の全塩基配列を「ＡＧＡＡＧＵ」であると決定する。そして、解析処理部１３は、この塩基配列の決定結果を表す画像を含むインタフェース画面をユーザに提示するよう、出力部４０に指示する。すなわち、例えば、解析処理部１３は、図１１に示すように、各階層で選択されたノードと、他のノードと、を区別可能に表示し、当該各階層で選択されたノード間を接続するエッジと、その他のエッジとを区別可能に表示した有向グラフを描画するための有向グラフデータを生成し、当該有向グラフデータを出力部４０に出力することができる。この有向グラフデータには、図１１に示すように、各階層で選択されたノード間の部分塩基組成の差異を構成する塩基を、当該ノード間を接続するエッジに対応して表示させるためのデータを含むこともできる。また、解析処理部１３は、例えば、各ノードの更新前の重みと、塩基配列の決定結果と、が関連付けられて表示された有向グラフをユーザに提示することもできる。すなわち、この場合、例えば、解析処理部１３は、各ノードが、その更新前の重みに応じたサイズで表示され、各階層で選択されたノードと、他のノードと、が区別可能に表示され、当該各階層で選択されたノード間を接続するエッジと、その他のエッジとが区別可能に表示され、各階層で選択されたノード間の部分塩基組成の差異を構成する塩基が、当該ノード間を接続するエッジに対応して表示された有向グラフを描画するための有向グラフデータを生成して出力部４０に出力し、出力部４０は、液晶ディスプレイ等の画面に当該有向グラフを表示する。このような有向グラフを提示されたユーザは、塩基配列の解析結果を、各ノードの更新前の重みや更新後の重み、エッジの重み等と関連付けて視覚的に理解することができる。このため、例えば、ユーザは、解析条件を修正すべき指示を容易に決定することができ、修正指示の入力を受け入れた本装置１は、当該修正指示に従って更に解析を行った結果を当該ユーザに提示することができる。
【００９９】
このように、本発明によれば、核酸の解析を迅速且つ正確に行うことができる。すなわち、例えば、全体塩基組成から予想される、可能な全ての塩基配列の候補を生成するような技術においては、塩基数の増加に伴って計算量が急激に増加することとなるのに対し、本発明においては、そのような可能な全ての塩基配列候補を生成することなく、各々が一組の部分塩基組成から構成される塩基組成セットを生成するため、塩基数の増加に伴う計算量の増加を効果的に抑制することができる。また、本発明によれば、必ずしも既知の核酸の塩基配列が登録されたデータベースの検索を行う必要はなく、質量分析の結果に基づいた演算処理によって、ｉｎ ｓｉｌｉｃｏで核酸の全塩基配列を迅速に決定することができる（ｄｅ ｎｏｖｏ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）。
【０１００】
また、本発明においては、塩基組成セットの重みに基づいて階層構造の最外階層から内部に向けて、塩基組成セットの選択処理を行うため、信頼性の高い末端由来のプロダクトイオンの質量分析結果を効果的に利用して、核酸の末端から塩基配列を決定していくことができ、信頼性の高い解析を行うことができる。
【０１０１】
本発明は、ＲＮＡを標的とした新しい診断技術の開発や、ＲＮＡ−タンパク質ネットワークの解析技術の開発等、生命科学における基盤技術を提供するものであり、極めて広い応用が期待できる。
【０１０２】
また、本発明によれば、さらに、対象断片に含まれる塩基修飾を解析することもできる。この場合の処理について、図３を参照しつつ説明するが、上述の内容と重複する内容については詳細な説明を省略する。
【０１０３】
まず、第一のステップＳ１００において、対象断片に含まれる塩基修飾の内容を推定する。すなわち、例えば、上述のステップＳ１０２において、塩基組成処理部１１は、実測された対象断片の分子量に基づいて、当該対象断片の全体塩基組成を決定する際に、所定の修飾部分（メチル基等の官能基等）の存在を考慮する必要がある場合、当該対象断片は、当該所定の修飾部分を含むと推定する。なお、例えば、液体クロマトグラフィー分析における対象断片の溶出時間等の他の解析手法の結果から、対象断片に所定の修飾部分が含まれていることを推定することもできる。
【０１０４】
塩基組成処理部１１は、対象断片に修飾部分が含まれていると判断した場合には、その修飾部分の内容（すなわち、修飾基の種類、分子量、数、価数等）を表す修飾データを生成し、重み付け処理部１２に出力する。
【０１０５】
次に、第二のステップＳ２００において、対象断片に修飾塩基が含まれると仮定した場合に予測される、各プロダクトイオンの質量分析結果を作成する。すなわち、重み付け処理部１２は、上述のステップＳ２０１において、各部分塩基組成に対応するプロダクトイオンに修飾された塩基が含まれないと仮定した場合に予測される第一の予測質量値を算出する一方で、ステップＳ２０２においては、対象断片に修飾塩基が含まれているか否かを判断する。ここで、重み付け処理部１２は、塩基組成処理部１１から修飾データを受け入れた場合には、対象断片に修飾塩基が含まれていると判断し（Ｓ２０２においてＹｅｓ）、ステップＳ２０３において、各部分塩基組成に対応するプロダクトイオンに当該修飾塩基が含まれると仮定した場合に予測される第二の予測質量値を算出する。
【０１０６】
具体的に、例えば、重み付け処理部１２は、修飾データに含まれる修飾基の種類、分子量、数、価数等に基づいて、第一の予測質量値を補正することによって、第二の予測質量値を算出する。すなわち、重み付け処理部１２は、例えば、ステップＳ２０１において、各部分塩基組成に対応するプロダクトイオンの分子量に基づいて第一の予測ｍ／ｚ値を算出した場合には、ステップＳ２０３において、当該プロダクトイオンの分子量に修飾基の分子量を加算した補正分子量に基づいて、当該プロダクトイオンに当該修飾基が含まれると仮定した場合に予測される第二の予測ｍ／ｚ値を算出する。
【０１０７】
そして、重み付け処理部１２は、ステップＳ２０５において、これら第一の予測ｍ／ｚ値及び第二の予測ｍ／ｚ値の各々と、実測ｍ／ｚ値と、の比較に基づいて、各ノードの重み付けを行う。すなわち、重み付け処理部１２は、実測スペクトルの中に、第一の予測ｍ／ｚ値又は第二の予測ｍ／ｚ値に近い実測ｍ／ｚ値があるかどうか検索を行う。
【０１０８】
そして、重み付け処理部１２は、第一の予測ｍ／ｚ値と所定の誤差範囲とに基づいて、当該第一の予測ｍ／ｚ値より所定値だけ小さい下限値から当該第一の予測ｍ／ｚ値より所定値だけ大きい上限値までの第一のｍ／ｚ範囲を算出し、当該第一のｍ／ｚ範囲内の実測ｍ／ｚ値が実測スペクトルに含まれるか否かを判断する。ここで、重み付け処理部１２は、第一のｍ／ｚ範囲内の実測ｍ／ｚ値（第一の実測ｍ／ｚ値）を検出した場合には、例えば、実測スペクトルに含まれるピークのうち、当該第一の実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度に基づいて、第一の仮重みを決定する。一方、重み付け処理部１２は、同様に、第二の予測ｍ／ｚ値と所定の誤差範囲とに基づいて、当該第二の予測ｍ／ｚ値より所定値だけ小さい下限値から当該第二の予測ｍ／ｚ値より所定値だけ大きい上限値までの第二のｍ／ｚ範囲を算出し、当該第二のｍ／ｚ範囲内の実測ｍ／ｚ値が実測スペクトルに含まれるか否かを判断する。そして、重み付け処理部１２は、第二のｍ／ｚ範囲内の実測ｍ／ｚ値（第二の実測ｍ／ｚ値）を検出した場合には、例えば、実測スペクトルに含まれるピークのうち、当該第二の実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度に基づいて、第二の仮重みを決定する。次に、重み付け処理部１２は、これら第一の仮重みと第二の仮重みとを比較して、大きい方の仮重みに基づいて、対応するノードの重み付けを行う。すなわち、例えば、重み付け処理部１２は、第二の仮重みが第一の仮重みよりも大きいと判断した場合には、対象とするプロダクトイオンに修飾塩基が含まれていると判断する。そして、この場合、重み付け処理部１２は、例えば、実測スペクトルに含まれるピークのうち、第二の実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度に基づいて、対応するノードの重み付けを行う。なお、重み付け処理部１２は、第一のｍ／ｚ範囲内又は第二のｍ／ｚ範囲内の実測ｍ／ｚ値が実測スペクトルに含まれないと判断した場合には、第一のｍ／ｚ値又は第二のｍ／ｚ値についての重み付けを行わない。また、上述の所定の誤差範囲は、例えば、親イオンの質量分析に用いられた質量分析計の性能や分析条件等に応じた分析精度に基づいて決定することができる。
【０１０９】
また、重み付け処理部１２は、プロダクトイオンに修飾塩基が含まれると判断した場合には、当該プロダクトイオンに対応した部分塩基組成に、修飾塩基が含まれる旨を表す修飾タグデータを関連付けて保持しておく。
【０１１０】
そして、第三のステップＳ３００において、解析処理部１３は、対象断片の塩基配列を決定した（Ｓ３０２）後、当該対象断片に修飾塩基が含まれているか否かを判断する（Ｓ３０３）。そして、解析処理部１３は、対象断片に修飾塩基が含まれていると判断した場合（Ｓ３０３においてＹｅｓ）には、各塩基組成セットを構成する部分塩基組成のうち、修飾タグデータが関連付けられている部分塩基組成の位置に基づいて、修飾塩基の位置を決定する（Ｓ３０４）。
【０１１１】
すなわち、解析処理部１３は、例えば、階層構造の隣接する階層間で、上述の選択処理により選択された塩基組成セットにおいて、修飾タグデータが関連付けられている部分塩基組成の位置が移動した場合に、当該隣接する階層で選択された当該塩基組成セット間で当該部分塩基組成の差異を構成する塩基を、修飾された塩基として特定する。
【０１１２】
すなわち、例えば、図１１に示す有向グラフにおいて、第二階層で選択されたノードＮ４に対応する塩基組成セット「ＡＧ：Ａ２ＧＵ」の３’端位置の部分塩基組成「Ａ２ＧＵ」に修飾タグデータが関連付けられているのに対して、第三階層で選択されたノードＮ７に対応する塩基組成セット「Ａ２Ｇ：ＡＧＵ」については、５’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ」に修飾タグデータが関連付けられている場合、解析処理部１３は、修飾タグデータが関連付けられている部分塩基組成の位置が、３’端位置から５’端位置に移動していると判断する。
【０１１３】
そして、この場合、解析処理部１３は、塩基数の増加に伴って、内側の階層（第三階層）で新たに修飾タグデータが関連付けられたノードＮ７に係る５’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ」と、末端側の階層のノードＮ４に係る５’端位置の部分塩基組成「ＡＧ」と、を比較して、これらの部分塩基組成の差異を構成する、５’端から３つ目のアデニン（Ａ）が修飾塩基であると特定する。また、このような修飾塩基を特定する場合と同様に、例えば、対象断片の末端構造を特定することもできる。すなわち、例えば、重み付け処理部１２が、５’端位置又は３’端位置の部分塩基組成について、末端塩基に付加された所定の官能基の存在を考慮しない第一の予測質量値と、当該官能基の存在を考慮した第二の予測質量値と、を算出して実測質量値とのマッチング処理を行い、当該実測質量値との一致度が、当該第二の予測質量値の方が高かった場合には、解析処理部１３は、５’端又は３’端の塩基には、当該官能基が付加されていると決定することができる。そして、解析処理部１３は、例えば、修飾されている塩基と、その他の塩基と、が区別可能に表された有向グラフを作成する。すなわち、各階層で選択されたノード間の部分塩基組成の差異を構成する塩基を、当該ノード間を接続するエッジに対応して表示させる場合には、当該差異を構成する塩基のうち、修飾されている塩基については、修飾されていることを表す文字や記号を関連付けて表示する。解析処理部１３は、このような有向グラフを描画するための有向グラフデータを出力部４０に出力し、出力部４０は当該有向グラフが表示されたインタフェース画面をユーザに提示する。このような有向グラフを提示されたユーザは、塩基配列の解析結果のみならず、修飾構造の解析結果をも視覚的に理解することができる。
【０１１４】
このように、本発明によれば、迅速且つ正確に核酸に含まれる塩基修飾構造を解析することができる。すなわち、本発明によれば、例えば、ＲＮＡ分子について、転写後プロセシングや修飾構造などの質的な情報を得ることもできる。
【０１１５】
また、本方法においては、塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、階層構造の最外階層から接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を、当該最外階層から、任意の内部階層までとすることもできる。すなわち、この場合、解析処理部１３は、例えば、入力部３０を介して、ユーザから選択処理を実行する階層深さを指定する指示データを受け入れる。そして、解析処理部１３は、最外階層から、指示データにより指定された階層深さに対応する内部階層まで、選択処理を順次実行する。この結果、解析処理部１３は、対象断片の末端側の一部（末端から指定された階層深さに対応する位置までの部分）について、塩基配列や塩基修飾を決定することができる。
【０１１６】
具体的に、例えば、塩基組成処理部１１が９つの階層からなる階層構造を作成し、解析処理部１３が、選択処理を終了する内部階層を最外階層から三番目の階層と指定する指示データを受け入れた場合には、解析処理部１３は、５’端から三番目の第三階層を第一の中央階層として決定するとともに、３’端から三番目の第七階層を第二の中央階層として決定する。そして、解析処理部１３は、５’端の最外階層（第一階層）から第一の中央階層（第三階層）まで、及び３’端の最外階層（第九階層）から第二の中央階層（第七階層）まで、それぞれ各階層に属する塩基組成セットの１つを選択したところで、選択処理を終了する。なお、この場合、重み付け処理部１２は、５’端の第一階層から第三階層まで、及び３’端の第九階層から第七階層まで、それぞれ各ノードの重みを更新したところで、重み更新処理を終了することもできる。そして、解析処理部１３は、上述のように、これら選択処理の対象となった階層の各々で選択された塩基組成セット間で、対応する部分塩基配列を比較し、対応する部分塩基組成の差異を構成する塩基を特定する。こうして、解析処理部１３は、対象断片の５’端側の一部（５’端から第一中央階層に対応する位置までの部分）と、当該対象断片の３’端側の一部（３’端から第二中央階層に対応する位置までの部分）と、について、塩基配列や塩基修飾を決定することができる。
【０１１７】
また、この場合、まず出力部４０がユーザに対して、選択処理を行う階層深さを決定する上で参考になる情報を提示することもできる。すなわち、例えば、出力部４０は、対象断片の分子量や末端構造（末端塩基に付加されている官能基の種類等）等の親イオンの質量分析結果に関連する情報や、プロダクトイオンについて実測されたマススペクトル等のプロダクトイオンの質量分析結果に関連する情報、理論スペクトルと実測スペクトルとのマッチング処理の結果に関連する情報等の参考情報を表すインタフェース画像を、ディスプレイ装置に表示する。この結果、ユーザは、インタフェース画像に表された参考情報に基づいて、階層構造に含まれる全階層について選択処理を行うか又は末端側の一部の階層について選択処理を行うかを決定することができ、さらに、一部の階層についてのみ選択処理を行う場合には、選択処理の対象とする階層範囲を決定することができる。そして、入力部３０は、ユーザから、選択処理を行うべき階層範囲を指定する指示データを受け入れることとなる。
【０１１８】
このように、階層構造のうち末端の任意の一部の階層についてのみ選択処理を行うことにより、例えば、対象とする核酸の分子鎖が長い場合や、プロダクトイオンの測定に用いる質量分析計の性能や測定条件（核酸試料の量や親イオンを解離させる条件等）が不十分な場合であって、階層構造の中央付近に分類された塩基組成セットについて信頼性のある重み付けがなされない場合であっても、計算量を低減しつつ、核酸の少なくとも末端側の一部分については迅速かつ正確に、塩基配列や塩基修飾の決定を行うことができる。
【０１１９】
また、このように、核酸の末端側の一部分についてのみ塩基配列を決定した場合には、解析処理部１３は、例えば、当該一部の塩基配列と、当該核酸の全体塩基組成と、に基づいて、既知の核酸の塩基配列が登録されているデータベースに対する検索処理を行い、当該検索処理の結果に基づいて、当該核酸の全塩基配列を決定することもできる。すなわち、解析処理部１３は、例えば、ヒトのＲＮＡ断片を解析の対象とする場合には、ヒトゲノムデータベースに基づいて、ヒトゲノムのうち、その塩基組成が当該ＲＮＡ断片の全体塩基組成に対応し、且つその末端部分の塩基配列が当該ＲＮＡ断片の決定された塩基配列に対応するという検索条件を満たすゲノム部分を探索する。そして、解析処理部１３は、検索条件を満たすゲノム部分を検出した場合には、当該ゲノム部分の塩基配列に基づいて、ＲＮＡ断片の全塩基配列を決定するとともに、そのヒトゲノム上の位置を特定する。
【０１２０】
なお、このように、既知の核酸の塩基配列が登録されたデータベースに対する検索処理を行う方法として、解析処理部１３は、例えば、ＲＮＡマスフィンガープリンティング法（ＲＭＦ）を利用することができる。すなわち、解析処理部１３は、対象断片がＲＮＡ分解酵素（例えば、ＲＮＡａｓｅＴ１）を用いてヒトのＲＮＡを切断することにより作製されたヒトＲＮＡ断片である場合、まず、ヒトゲノムのデータベースに基づいて、ヒトゲノムを当該ＲＮＡ分解酵素が特異的に切断する位置（例えば、ＲＮＡａｓｅＴ１を用いた場合にはグアニン（Ｇ）の位置）で仮想的に切断することにより、仮想的なゲノム断片を作成する。すなわち、解析処理部１３は、例えば、各仮想ゲノム断片と、ヒトゲノム上における当該各仮想ゲノム断片の位置と、を関連付けた仮想断片データベースを生成する。また、解析処理部１３は、対象断片由来の親イオンの質量分析で得られた当該親イオンの分子量に基づいて、当該対象断片の全体塩基配列を決定する。さらに、解析処理部１３は、上述のようにして、対象断片の末端付近の塩基配列を決定する。また、解析処理部１３は、対象断片の作製に用いられたヒトＲＮＡ全体の長さに対応するフレーム長を、例えば、入力部３０を介してユーザから受け入れた指示データに基づいて決定する。そして、解析処理部１３は、ヒトゲノムデータベースと、仮想断片データベースと、対象断片の全体塩基組成と、対象断片の末端付近の塩基配列と、フレーム長と、に基づいて、次のようなヒトゲノムに対する検索処理を実行する。すなわち、解析処理部１３は、ヒトゲノムのうち、長さが上述のフレーム長である部分領域を検索対象として決定し、当該部分領域において、その塩基組成が上述のように決定された対象断片の全体塩基組成に対応し、且つその末端部分の塩基配列が上述のように決定された対象断片の塩基配列に対応する、という条件を満たす仮想ゲノム断片が含まれるかどうかを検索する。解析処理部１３は、ヒトゲノム上をフレーム長で走査しながら、ヒトゲノムの互いに異なる部分領域を検索対象として順次決定し、検索対象となった各部分領域について、上記の検索処理を実行する。そして、解析処理部１３は、各部分領域に含まれる少なくとも一つの仮想ゲノム断片が上記条件を満たす場合には、ヒトゲノム上で当該仮想ゲノム断片がヒットしたと判断する。この場合、解析処理部１３は、ヒットした仮想ゲノム断片のうち、ヒトゲノム中でヒットした回数（出現頻度）の少ない仮想ゲノム断片に高いスコアを付与するとともに、当該スコアを当該仮想ゲノム断片が含まれる部分領域にも付与する。なお、このスコアは、例えば、二項定理に基づいて算出した仮想ゲノム断片の出現確率から算出することができる。そして、解析処理部１３は、部分領域をスコアに基づいて順位付けし、スコアの高い部分領域に基づいて、対象断片の作製に用いられたヒトＲＮＡのヒトゲノム上における位置を決定するとともに、当該ヒトＲＮＡの全塩基配列（対象断片の全塩基配列を一部に含む）を決定する。すなわち、解析処理部１３は、例えば、スコアの最も高い部分領域がヒトＲＮＡに対応するゲノム部分であると決定し、当該部分領域の塩基配列に基づいて、対象断片を含むヒトＲＮＡの全塩基配列を決定する。
【０１２１】
次に、本プログラムに従って動作する本装置を用いて本方法を実施した具体的な例について説明する。
【０１２２】
［実施例１］
精製した大腸菌５ＳリボソームＲＮＡ分子にＲＮａｓｅＡを作用させることによりＲＮＡ断片群を作製した。このＲＮＡ断片群をＬＣ／ＭＳ質量分析計（ＬＣ−ＱｑＴＯＦ）（ＱＳｔａｒ、アプライドバイオシステムズジャパン株式会社）にて測定した。なお、以下の全ての実施例において、この質量分析計を使用した。イオン化はＥＳＩ法により行った。この測定データから、ｍ／ｚ値が「９９９．７」、価数が「−２」のイオンを、解析の対象とするＲＮＡ断片の親イオンとして選択した。そして、この親イオンを質量分析計内でＣＩＤにより解離させて、ＭＳ／ＭＳのマススペクトルを得た。ＣＩＤにおける衝突電圧（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ）は４５ｅＶとした。この親イオンのｍ／ｚ値と価数とに基づいて決定された全体塩基組成は「Ａ３ＵＧ２」であった。さらに、この全体塩基組成に基づいて、図６に示すような有向グラフを作成した。
【０１２３】
また、有向グラフに含まれるそれぞれのノードに対して、各部分塩基組成に対応するａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｗ，ｘ，ｙ，ｚのそれぞれの系列のプロダクトイオンの理論的なｍ／ｚ値を算出することで、理論スペクトルを得た。すなわち、ａ，ｂ，ｃ，ｄの５’端部分由来のプロダクトイオンについては５’端位置の部分塩基組成から、ｗ，ｘ，ｙ，ｚの３’端部分由来のプロダクトイオンについては３’端位置の部分塩基組成から、それぞれ理論的に予測ｍ／ｚ値を計算した。
【０１２４】
図１２及び図１３は、理論的に算出された予測ｍ／ｚ値を示すデータテーブルである。これらのデータテーブルにおいては、各塩基組成セットと、その５’端位置又は３’端位置の部分塩基組成に対応して生じ得るプロダクトイオンの予測ｍ／ｚ値と、が関連付けられている。すなわち、各塩基組成セットの構成と、各プロダクトイオンの系列及び価数と、各プロダクトイオンの予測ｍ／ｚ値と、が関連付けられている。なお、プロダクトイオンの分子量からｍ／ｚ値を算出する際に、価数は「−１」から親イオンの価数である「−２」までの値を用いて計算したが、塩基配列の長さが「１」のプロダクトイオン（１つの塩基から構成されるプロダクトイオン）については価数として「−１」のみを用いて計算した。
【０１２５】
そして、質量分析計のトレランスとして「０．２」を設定して、これらの理論スペクトルを実測されたマススペクトルとマッチングさせた。予測ｍ／ｚ値と実測ｍ／ｚ値との差異が「０．２」以内である場合には、当該予測ｍ／ｚ値と当該実測ｍ／ｚ値とは一致すると判断した。そして、理論スペクトルの予測ｍ／ｚ値と実測スペクトルの実測ｍ／ｚ値とがマッチした場合には、マッチした実測ピークの強度の合計をノードのスコア（重み）とした。例えば、構成が「ＡＧ：Ａ２ＵＧ」の塩基組成セットに対応するノードではａ，ｂ，ｃ，ｄ系列とｗ，ｙ，ｚ系列のプロダクトイオンに対応する理論スペクトルが、実測スペクトルの一部にマッチした。したがって、これらマッチしたピークの強度の合計をこのノードのスコアとした。この結果に基づいて、図１４に示すような、各ノードと、スコアと、を関連付けたデータテーブルを作成した。
【０１２６】
次に、ノードとノードとをつないでいるエッジのスコア付けを行った。エッジの両端に接続された一対のノードのスコアを合計することで当該エッジのスコアとした。この結果に基づいて、図１５に示すような、各エッジと、スコアと、を関連付けたデータテーブルを作成した。
【０１２７】
さらに末端の塩基が欠損した「ａ＿Ｂ」イオンについては、エッジの情報（すなわち、エッジにより接続される２つのノードに対応する塩基組成セットの構成）から当該「ａ＿Ｂ」イオンの予測ｍ／ｚ値を算出し、当該予測ｍ／ｚ値のうち、実測スペクトルにマッチするものは、マッチしたピークの強度を当該エッジのスコアに加算した。例えば、構成「Ａ：Ａ２ＵＧ２」のノードと構成「ＡＧ：Ａ２ＵＧ」のノードとをつなぐエッジから、「ＡＧ」の組成から「Ｇ」の塩基部分だけが欠落した「ａ＿Ｂ」イオンの予測ｍ／ｚ値を「４４２．０９」と算出した。図１６は、各エッジと、当該各エッジに対応する塩基欠損イオンの予測ｍ／ｚ値と、を関連付けたデータテーブルである。本実施例では、この予測ｍ／ｚ値も実測スペクトルにヒットしたので、ヒットしたピークの強度もエッジのスコアに加算した。
【０１２８】
さらに、エッジのスコアをノーマライズした。すなわち、各階層のエッジに付与されたスコアのうち最大のスコアで、当該各階層の各エッジのスコアを除した。図１７は、各エッジと、ノーマライズされたスコアと、を関連付けたデータテーブルである。
【０１２９】
そして、動的計画法を適用して、各ノードのスコアの更新処理を両端のノードから行った。図１８は、このスコアの更新処理後の、各ノードと、更新後のスコアと、当該各ノードが属する階層の番号と、を関連付けたデータテーブルである。
【０１３０】
この結果、図１９に示すような有向グラフを作成した。図１９に示すように、中央階層においては、塩基組成セット「Ａ２Ｇ：ＡＧＵ」に対応するノードが最大のスコアをもつノードとして選択された。さらに本プログラムに従ってトレースバック処理を行い、最適経路上に配置されるノードとして、中央階層である第三階層で選択されたノード「Ａ２Ｇ：ＡＧＵ」から５’端側に向けては、第二階層のノード「ＡＧ：Ａ２ＧＵ」、さらに５’端の第一階層のノード「Ａ：Ａ２Ｇ２Ｕ」の順で、また、当該中央階層のノード「Ａ２Ｇ：ＡＧＵ」から３’端側に向けては、第四階層のノード「Ａ３Ｇ：ＧＵ」、さらに３’端の第五階層のノード「Ａ３Ｇ２：Ｕ」の順で、それぞれ選択した。この結果、対象としたＲＮＡ断片の全塩基配列は「ＡＧＡＡＧＵ」と決定され、正解の全塩基配列と一致した。
【０１３１】
なお、図１９に示す、最適経路を決定した後の有向グラフにおいて、円形又は楕円形の各ノードの径は、当該各ノードのが属する階層における他のノードとの相対的なスコアを反映して、スコアが大きいほど大きな径で表示されている。また、エッジの太さは、当該エッジに付与されたスコアの大きさを反映して、スコアが大きいほど大きな太さで表示されている。また、図１９に示す有向グラフにおいては、各ノード及び各エッジを、付与されたスコアに応じた色で表示することもできる。図１９の下端部分に示すバーは、この色のグラデーションを表すスケールバーである。また、図２０は、実際に測定されたプロダクトイオンのピークのうち、最適経路を構成するノードに対応する理論スペクトルにヒットしたピークにラベルを付したＭＳ／ＭＳマススペクトルを示している。すなわち、ラベルが付されているピークは、その実測ｍ／ｚ値が予測ｍ／ｚ値にマッチしたピークである。
【０１３２】
［実施例２］
実施例１と同様の大腸菌５ｓＲＮＡをＲＮａｓｅＴ１により切断して得られたＲＮＡ断片の塩基配列を解析した。ｍ／ｚ値が「１０４４．５」、価数が「−３」の親イオンに対応するＲＮＡ断片を解析の対象とした。このＲＮＡ断片の全体塩基組成は「ＡＵ４Ｃ４Ｇ」と算出された。この親イオンからプロダクトイオンを生成する際のＣＩＤに用いた衝突電圧は５０ｅＶであった。本実施例ではエッジのスコアのノーマライズは行わなかった。解析の結果、ＲＮＡ断片の全塩基配列は「ＵＣＵＣＣＵＣＡＵＧ」と決定され、これは当該ＲＮＡ断片の実際の全塩基配列に一致した。図２１には、本実施例における最適経路決定後の有向グラフを示す。
【０１３３】
［実施例３］
全塩基配列が「ＡＵＣＧ」の合成ＲＮＡを用い、本発明のアルゴリズムにより塩基配列の解析を行った。親イオンのｍ／ｚ値は「１２２２．２」、価数は「−１」であった。全体塩基組成は「ＡＵＣＧ」と決定された。ＣＩＤにおける衝突電圧は５０ｅＶであった。ＲＮａｓｅ切断断片ではないため、予め末端塩基を決定することはできなかったが、全塩基配列を決定することができた。図２２には、最適経路決定後の有向グラフを示す。
【０１３４】
［実施例４］
塩基配列が「ＵＧＧＡＧＵＧＵＧＡＣＡＡＵＧＧＵＧＵＵＵＧＵ」である、合成されたマイクロＲＮＡ（ｍｍｕ−ｍｉＲ−１２２ａ）を解析の対象とし、当該マイクロＲＮＡの両端から予め決定した所望の長さの部分についてのみ塩基配列を解析した。すなわち、本実施例において、本装置１は、入力部３０を介して、ユーザから、解析の対象とする階層深さを指定する指示データとして、解析の対象とする末端部分の塩基数を「６」と指定する指示データを受け入れた。そして、本装置１の制御部１０は、当該指示データに基づいて、塩基数が１〜６の範囲である５’端位置の部分塩基組成を有するノードと、塩基数が１〜６の範囲である３’端位置の部分塩基組成を有するノードと、を対象として解析を行った。親イオンのｍ／ｚ値は「８３２．２」、価数は「−９」であった。全体塩基組成は「Ａ４Ｕ９ＣＧ９」と決定された。ＣＩＤにおける衝突電圧は２５ｅＶであった。本装置１は、動的計画法に基づく経路探索を有向グラフの５’端及び３’端からそれぞれ６番目の階層まで実行し、当該経路探索の結果に基づいて、マイクロＲＮＡの５’端から６残基の部分の塩基配列を「５’ＵＧＧＡＧＵ」、３’端から６残基の部分の塩基配列を「ＧＵＵＵＧＵ３’」とそれぞれ正しく決定することができた。図２３には、最適経路決定後の有向グラフを示す。
【０１３５】
［実施例５］
ＲＮａｓｅＴ１を用いて作製したＲＮＡ断片を解析の対象とした。親イオンのｍ／ｚは「９８６．２」、価数は「−２」であった。修飾基の存在を考慮しない場合と考慮した場合とで解析を行った。図２４には、修飾塩基の存在を考慮しない場合に最終的に得られた有向グラフを示す。この場合もＲＮＡ断片の全塩基配列を「ＡＣＣＵＧ」と正しく決定することができた。
【０１３６】
また、図２５には、修飾塩基の存在を考慮した補正により算出した予測ｍ／ｚ値を用いて全塩基配列及び修飾塩基の位置を決定した場合の有向グラフを示す。この場合には、ＲＮＡ断片の全塩基配列を「ＡＣＣＵＧ」と正しく決定することができるとともに、さらに修飾基としてメチル基が付加された塩基の位置を同定することができた。すなわち、図２５に示す有向グラフにおいて、ノード「ＡＣ：ＵＣＧ」の３’端位置の部分塩基組成「ＵＣＧ」の予測ｍ／ｚ値と、ノード「ＡＣ２：ＵＧ」の５’端位置の塩基組成「ＡＣ２」にメチル基分の分子量を補正した予測ｍ／ｚ値が、補正を行わない予測ｍ／ｚ値に比べて、実測ｍ／ｚ値に対して、よりマッチする（ｍ／ｚ値の差分が小さい）ことから、全塩基配列「ＡＣＣＵＧ」のうち中央のシトシン（Ｃ）にメチル基による塩基修飾があると判断した。すなわち、塩基配列が「ＡＣＣＵＧ」であるＲＮＡ断片のうち、５’端から３番目のシトシン（Ｃ）にメチル基の修飾があることを正しく検出できた。なお、図２５において、シトシン（Ｃ）に付与された「＊」印は、当該シトシン（Ｃ）塩基が修飾されていることを示す。また、図２５では図２４に比べて、上記修飾塩基を含んだ２つのノードについてより強いピーク強度が検出されたことが、当該２つのノードの径の違いによって容易に認識することができる。
【０１３７】
［実施例６］
大腸菌５ｓＲＮＡをＲＮａｓｅＴ１で消化したＲＮＡ断片群を作製し、当該ＲＮＡ断片群のうちの７つのＲＮＡ断片をＬＣ−ＱｑＴＯＦ型の質量分析計により計測し、当該各ＲＮＡ断片の全体塩基組成に基づくＲＭＦ（ＲＮＡ ＭａｓｓＦｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ）法により、大腸菌のゲノムのデータベースから、当該５ｓＲＮＡに対応する遺伝子の位置を正しく検出した例である。すなわち、質量分析により、７つのＲＮＡ断片に対応して、分子量が「２８２９．４３」、「２５４７．３５」、「２２６６．３２」、「１６５５．２５」、「１６３２．２３」、「１３０２．１９」、「１２７９．１６」である７つの親イオンが計測された。そして、７つの親イオンに対応するＲＮＡ断片の全体塩基組成はそれぞれ、「ＡＵ２Ｃ５Ｇ」、「Ａ２ＵＣ４Ｇ」、「Ａ３ＵＣ２Ｇ」、「Ａ３ＣＧ」、「Ａ２ＵＣＧ」、「Ａ１Ｃ２Ｇ」、「ＵＣ２Ｇ」と決定された。そして、大腸菌ゲノムデータベースに対して、５ｓＲＮＡの長さに対応するフレーム長のゲノム部分領域であって、塩基組成が上記７つの全体塩基組成である部分を含むゲノム部分領域を検索する処理を実行し、図２６に示す結果を得た。すなわち、図２６に示すように、大腸菌ゲノムに含まれる、図中、破線で囲まれた最も高い同一のスコアが付与された上位８つの部分領域が、正解領域として検出された。なお、ゲノム上の複数の位置に、同一配列の複製の各々が存在する場合には、このように、同一スコアの部分領域が複数検出されることがある。
【０１３８】
一方、これらのＲＮＡ断片に対して、上述のような本発明に係る解析方法を適用することにより、７つのＲＮＡ断片の全塩基配列は、それぞれ「ＵＣＣＣＡＣＣＵＧ」、「ＡＣＣＣＣＡＵＧ」、「ＡＡＣＵＣＡＧ」、「ＡＡＡＣＧ」、「ＡＡＣＵＧ」、「ＣＣＡＧ」、「ＣＣＵＧ」、と決定することができた。そして、本発明に係る解析方法の一部としてＲＭＦ法を利用して、大腸菌ゲノムデータベースに対して、５ｓＲＮＡの長さに対応するフレーム長のゲノム部分領域であって、上記７つの塩基配列を含むゲノム部分領域を検索する処理を実行することにより、図２７に示す結果を得た。すなわち、図２７に示すように、本発明により決定された塩基配列の情報を付加した検索を実行することで、ＲＭＦ法の検出感度を高めることができた。図２７においては、図２６における上位８つの部分領域のうち、図中、破線で囲まれた上位７つの部分領域を最もスコアが高い正解領域として更に抽出できた。また、これら８つの部分領域と、他の部分領域と、のスコアの差分を図２６に示した場合に比べて顕著に増加させることができ、正解候補と不正解候補とをより明確に分離することができた。
【０１３９】
［実施例７］
本発明のアルゴリズムをＲＭＦ法に組み込んでヒト７ｓｋＲＮＡの検索を行った例である。ヒト７ｓｋＲＮＡを含むＲＮＰ（ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｏｐｒｏｔｅｉｎ）を抗体を用いて免疫沈降させ、当該沈降物を精製することにより、得られた当該ヒト７ｓｋＲＮＡを含むサンプルを得た。このサンプルに対してＲＮａｓｅＴ１を用いたゲル内断片化処理を行い、断片化処理後のサンプルをＬＣ／ＭＳ質量分析計で解析することにより、６つのＲＮＡ断片の各々について、それぞれ分子量「３４６４．５」、「２８０５．４」、「２５７２．４」、「２５４８．３」、「２５２６．３」、「２５００．３」（Ｄａ）を得た。このうち、分子量「３４６４．５」と「２５４８．３」の２つのＲＮＡ断片を本発明のアルゴリズムにより解析した。その結果、２つのＲＮＡ断片の全塩基配列をそれぞれ「ＵＣＡＣＣＣＣＡＵＵＧ」、「ＣＵＵＣＣＡＡＧ」と決定することができた。そして、ＲＭＦ法を利用して、このヒト７ｓｋＲＮＡの長さに対応する３００塩基の幅（フレーム長さ）で、当該ヒト７ｓｋＲＮＡの全体塩基組成と、当該決定されたヒト７ｓｋＲＮＡの部分的な塩基配列（上記２つのＲＮＡ断片の全塩基配列）と、を有するゲノム部分をヒトゲノム上から検索した。その結果、図２８に示すように、高いスコアが付与された上位１７つのゲノム部分はすべてヒト７ｓｋ遺伝子にヒットした。一方、部分的な塩基配列の情報を使用することなく、全体塩基組成のみを用いて同様のデータベース検索を行った結果、ゲノム部分をスコアによって十分に差別化することができず、正解の塩基配列を決定することは不可能であった。
【０１４０】
なお、本発明は上述の例に限られない。すなわち、解析の対象とする核酸は、ＲＮＡやＲＮＡ断片に限られず、例えば、ＤＮＡ、ＤＮＡ分解酵素を用いて作製されたＤＮＡ断片、さらに核酸医薬等のために合成された種々の修飾核酸等、任意の核酸を解析の対象とすることができる。また、解析の対象とする核酸の長さは特に限られないが、既知配列のデータベースの検索を利用することなく核酸の全体の塩基配列を決定する上では、例えば、塩基数が２０以下の核酸（例えば、マイクロＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ）等）を好ましい対象とすることができ、塩基数が１５以下の核酸を特に好ましい対象とすることができる。ただし、この好ましい塩基数は、質量分析計の分析精度（核酸のイオン化効率も含む）が向上すれば増加させることができ、本発明による解析の対象を制限するものではない。また、２つの質量分離部を備えた質量分析計（ＭＳ／ＭＳ）のみならず、例えば、３つ以上の質量分析部を備えた質量分析計（ＭＳｎ）による質量分析を利用することにより、より塩基数の大きい核酸についても全体の塩基配列を決定することができる。すなわち、この場合、例えば、３つの質量分析部を備えた質量分析計（ＭＳ／ＭＳ／ＭＳ）を用いて、１段階目の質量分析により親イオンの測定（ＭＳ）を行い、２段階目の質量分析によりそのプロダクトイオン（子イオン）の測定（ＭＳ／ＭＳ）を行い、３段階目の質量分析により当該子イオンのプロダクトイオン（孫イオン）の測定（ＭＳ／ＭＳ／ＭＳ）を行うことによって、当該孫イオンの質量分析結果を利用して子イオンの全塩基配列を決定し、当該子イオンの質量分析結果及び全塩基配列を利用して、対象とする核酸の全塩基配列を決定することができる。また、塩基組成セットの作成に用いる全体塩基組成は、親イオンの実際の質量分析結果に基づいて決定されるものに限られず、例えば、ユーザから入力された任意の全体塩基組成とすることもできる。
【０１４１】
また、本方法に含まれる処理の順番は、処理の効率等を考慮して適宜設定することができ、互いに区別して上述した処理のうち一部を並行して実行することもできる。すなわち、例えば、本装置１の制御部１０は、本プログラムに基づいて、塩基組成セットを作成する処理、塩基組成セットの階層構造を作成する処理、塩基組成セット間の接続関係を作成する処理を順次実行することができ、また、並行して行うこともできる。具体的に、例えば、対象断片に含まれる塩基数が「ｎ」であり、当該対象断片の末端の塩基はＲＮＡ分解酵素の種類等によって特定することができず、一対の部分塩基組成から構成される塩基組成セットを作成する場合、塩基組成処理部１１は、まず、５’端位置の部分塩基組成に含まれる塩基数が「１」であり、３’端位置の部分塩基組成に含まれる塩基数が「ｎ−１」である塩基組成セットを保持したオブジェクトを生成するセット生成関数を記憶部２０から読み出す。また、塩基組成処理部１１は、アデニン（Ａ）、ウラシル（Ｕ）、シトシン（Ｃ）、グアニン（Ｇ）のうち全体塩基組成に含まれている塩基を末端塩基として決定する。そして、塩基組成処理部１１は、セット生成関数に基づいて、５’端位置の部分塩基組成が当該末端塩基１つから構成され、且つ３’端位置の部分塩基組成が全体塩基組成から当該末端塩基を除いた塩基組成である塩基組成セットを、当該５’端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない最外階層の階層番号「１」と関連付けたオブジェクトを生成し、記憶部２０に格納する。同様に、塩基組成処理部１１は、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が「ｉ」（「ｉ」は２〜ｎの整数）であり、３’端位置の部分塩基組成に含まれる塩基数が「ｎ−ｉ」である塩基組成セットを作成するにあたって、まず、１つ小さい階層番号「ｉ−１」に関連付けられている、当該５’端位置の部分塩基組成の塩基数が１つ少ない全ての塩基組成セットを呼び出すとともに、呼び出された各塩基組成セットを構成する５’端位置の部分塩基組成及び３’位置の部分塩基組成を取り出す。さらに、塩基組成処理部１１は、階層番号「ｉ−１」に関連付けられている各塩基組成セットについて、Ａ、Ｕ、Ｃ、Ｇのうち３’端位置の部分塩基組成に含まれている塩基を移動塩基として決定する。そして、塩基組成処理部１１は、セット生成関数に基づいて、階層番号「ｉ−１」に関連付けられている各塩基組成セットの５’端位置の部分塩基組成に１つの移動塩基が追加された５’端位置の部分塩基組成と、当該各塩基組成セットの３’端位置の部分塩基組成から当該１つの移動塩基が除かれた３’端位置の部分塩基組成と、からなる塩基組成セットを、当該５’端位置の部分塩基組成の塩基数に対応する階層番号「ｉ」と関連付けたオブジェクトを新たに生成し、記憶部２０に格納する。また、塩基組成処理部１１は、階層番号「ｉ−１」に関連付けられた塩基組成セットのオブジェクトと、階層番号「ｉ」に関連付けられた塩基組成セットのオブジェクトと、の間の接続関係を保持したオブジェクトを生成し、記憶部２０に格納する。すなわち、階層番号「ｉ−１」に関連付けられた各塩基組成セットと、階層番号「ｉ」に関連付けられた塩基組成セットのうち、当該各塩基組成セットの５’端位置の部分塩基組成に１つの移動塩基が追加された５’端位置の部分塩基組成を有する塩基組成セットと、の間の接続関係を表す接続データを生成し、記憶部２０に格納する。なお、この接続関係を生成する際に、塩基組成処理部１１は、新たに作成した接続関係で接続される新たな塩基組成セットの５’端位置の部分塩基組成が、既に格納されているオブジェクトの塩基組成セットの５’端位置の部分塩基組成と一致する場合には、当該新たな塩基組成セットのオブジェクトは格納することなく、当該既に格納されていた塩基組成セットのオブジェクトとの新たな接続関係を保持するオブジェクトを生成し、記憶部２０に格納する。すなわち、塩基組成処理部１１は、１つの部分塩基組成の組に対して１つのオブジェクトを生成し、格納する。塩基組成処理部１１は、このような処理を「１」から「ｎ」までの「ｉ」について実行する。
【０１４２】
また、塩基組成セット及びノードに付与する重みは、プロダクトイオンのピーク強度に限られず、例えば、当該ピーク強度に応じて所定の関数を用いて算出される重みとすることもできる。また、この重みは、例えば、各ピーク強度に加えて、部分塩基組成について予測された質量値と各プロダクトイオンについて実測された質量値との誤差や、各部分塩基組成について予測された理論スペクトルに対する実測ピークのヒット数をも用いて決定することができる。すなわち、例えば、質量値の予測値と実測値との差分が小さいほど重みを大きくすることができる。また、例えば、親イオンの解離条件（ＣＩＤにおける解離電圧等）等に基づいて、各部分塩基組成について予測される複数の質量値（ｃ−ｙ系列、ａ−ｗ系列等の互いに異なる系列から算出される互いに異なる質量値）のうち、所定の閾値以上の強度で測定されることが期待される主要なピークに対応する質量値を注目質量値として決定し、実測スペクトルにおいて、当該注目質量値と一致する実測質量値の位置で検出されたピークの数（すなわち、ヒットした主要ピークの数）に基づいて、重みを決定することもできる。
【０１４３】
また、有向グラフにおける最適経路の探索は、動的計画法によるものに限られず、例えば、欲張りアルゴリズムや他の経路探索方法を用いることもできる。すなわち、例えば、欲張りアルゴリズムを適用する場合、解析処理部１３は、各階層に属するノードのうち、最も大きな重みが付与されているノードを選択する選択処理を、少なくとも一方の最外階層から順次実行することにより、核酸の少なくとも一方の末端塩基から塩基配列を順次決定することができる。
【０１４４】
また、塩基組成セットは、全体塩基組成を２つに分割して得られる一組の部分塩基組成から構成されるものに限られず、全体塩基組成を３つ以上に分割して得られる一組の部分塩基組成から構成されるものとすることもできる。すなわち、全体塩基組成を３つに分割して得られる一組の部分塩基組成から構成される塩基組成セットを作成する場合には、例えば、図２９、図３０に示すような有向グラフを作成することができる。
【０１４５】
図２９に示す例においては、塩基組成セットが、その両方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化されている。すなわち、この例では、各ノードに対応する塩基組成セットが有する５’端位置の部分塩基組成の塩基数と３’端位置の部分塩基組成の塩基数とは同一であり、且つ有向グラフの５’端から３’端に向けて、５’端位置の部分塩基組成及び３’端位置の部分塩基組成の両方の塩基数が１つずつ増加するよう、塩基組成セットが階層化されている。この場合、有向グラフの５’端から３’端に向けて、各階層に含まれるノードのうち１つを選択する選択処理により、解析の対象とする核酸の両末端塩基から順次塩基配列を決定することができる。
【０１４６】
また、図３０に示す例においては、塩基組成セットが、その一方の末端位置である５’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化されている。すなわち、この例では、有向グラフの５’端から３’端に向けて、各階層に含まれるノードのうち１つを選択する選択処理により、解析の対象とする核酸の５’端塩基から順次塩基配列を決定することができる。
【０１４７】
また、本装置１は、その構成の一部として必ずしも質量分析部５０を備える必要はない。すなわち、例えば、本装置１は、質量分析計が設置されている分析室とは物理的に離隔された他の解析室に設置することができる。この場合、本装置１は、入力部３０を介して、ユーザから入力され又はＣＤ等の記録媒体から読み出される、質量分析の結果に関するデータを受け入れることができる。
【０１４８】
また、本装置１は、ＬＡＮやインターネット等のネットワークと接続することもできる。この場合、例えば、ユーザは、本装置１とネットワークを介して接続されたコンピュータを用いて、本装置１を動作させることもできる。また、本装置１の構成の一部をネットワークを介して接続することもできる。例えば、入力部３０及び出力部４０として機能するユーザのコンピュータと、制御部１０及び記憶部２０として機能するサーバコンピュータと、をネットワークを介して接続することによって本装置１を構成することもできる。また、本装置１の制御部１０と質量分析部５０とをネットワークを介して接続することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の一実施形態に係る核酸解析装置の主な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る核酸解析装置の制御部が行う主な処理を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る核酸解析方法に含まれる主な処理を示すフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態において作成される階層データの一例を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態において作成される接続データの一例を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態において作成される有向グラフの一例を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態における理論スペクトルの作成についての説明図である。
【図８】本発明の一実施形態におけるマッチング処理の一例についての説明図である。
【図９】本発明の一実施形態において作成される有向グラフの重み付け処理の一例についての説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態において作成される有向グラフのトレースバック処理の一例についての説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態において作成される有向グラフを用いた塩基配列決定の一例についての説明図である。
【図１２】本発明の一実施形態において作成されたプロダクトイオンの一部と予測質量値とを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態において作成されたプロダクトイオンの他の一部と予測質量値とを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１４】本発明の一実施形態において作成されたノードとスコアとを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の一実施形態において作成されたエッジとスコアとを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１６】本発明の一実施形態において作成された塩基欠損イオンと予測質量値とを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１７】本発明の一実施形態において作成されたエッジとノーマライズされたスコアとを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１８】本発明の一実施形態において作成されたノードと更新されたスコアとを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１９】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの一例を示す説明図である。
【図２０】本発明の一実施形態で作成されたマッチング処理の結果を含むマススペクトルの一例を示す説明図である。
【図２１】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの他の一例を示す説明図である。
【図２２】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの更に他の一例を示す説明図である。
【図２３】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの更に他の一例を示す説明図である。
【図２４】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの更に他の一例を示す説明図である。
【図２５】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの更に他の一例を示す説明図である。
【図２６】本発明の一実施形態における大腸菌ゲノムの候補領域をスコアに基づいて順位付けした結果の一例を示す説明図である。
【図２７】本発明の一実施形態における大腸菌ゲノムの候補領域をスコアに基づいて順位付けした結果の他の例を示す説明図である。
【図２８】本発明の一実施形態におけるヒトゲノムの候補領域をスコアに基づいて順位付けした結果の一例を示す説明図である。
【図２９】本発明の一実施形態において全体塩基組成を３つに分割して塩基組成セットを作成した場合の有向グラフの一例を示す説明図である。
【図３０】本発明の一実施形態において全体塩基組成を３つに分割して塩基組成セットを作成した場合の有向グラフの他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１ 核酸解析装置、１０ 制御部、１１ 塩基組成処理部、１２ 重み付け処理部、１３ 解析処理部、２０ 記憶部、３０ 入力部、４０ 出力部、５０ 質量分析部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核酸の塩基配列及び塩基修飾を解析する装置、方法及びプログラムに関し、特に、質量分析の結果を利用して核酸の塩基配列及び塩基修飾を解析する装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＮＡ干渉やマイクロＲＮＡの発見によって、タンパク質をコードしないＲＮＡ（機能性ＲＮＡ）が担う新しい機能が注目されている。機能性ＲＮＡは、それ自身が遺伝子の最終産物であり、機能性高分子として振る舞い、遺伝子発現の調節、発生、分化等の高次生命現象に関わる重要な働きを担っていることが次第に明らかになりつつある。また、機能性ＲＮＡの異常が疾患の原因になっているという報告例もあり、疾患の原因として、タンパク質の異常のみならずＲＮＡの異常も視野に入れる必要性が指摘されている。
【０００３】
従来、このようなＲＮＡを解析する方法としては、例えば、逆転写ＰＣＲによりｃＤＮＡを増幅し、当該ｃＤＮＡの配列を決定する方法があった。
【０００４】
また、例えば、非特許文献１においては、解析の対象とする核酸の塩基配列として予想される全ての塩基配列候補を作成し、当該全ての塩基配列候補の各々から生じ得る複数組のプロダクトイオンについて、理論的に予測される質量／電荷比と、当該核酸から生じたプロダクトイオンについて実際の質量分析により得られた質量／電荷比と、を比較することにより、当該全ての塩基配列候補の各々をスコア付けし、当該スコアの高いものを当該核酸の塩基配列として決定する方法が提案されている。
【非特許文献１】Oberacher H., Mayr B.M., Huber C.G.; Journal of the American Societyfor Mass Spectrometry, 15 (1), pp. 32-42, 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ｃＤＮＡを用いた方法は、熟練した技術が必要であり、時間と手間がかかる上に、ＰＣＲによるバイアスを考慮すると定量的とは言い難い。
【０００６】
また、上記非特許文献１に記載の方法は、対象とする核酸の塩基数が増加するにつれて、予想される塩基配列候補の数が急激に増加するため、塩基配列を決定するための計算量が膨大になる。また、各塩基配列候補から生じ得る複数組のプロダクトイオンの全てについて理論値と実測値とを比較した結果に基づいて、当該各塩基配列候補をスコア付けするため、例えば、信頼性の高い末端由来の短いプロダクトイオンの実測結果を十分に活用できないことがある。また、核酸の塩基修飾を解析する上でも同様の問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、塩基配列や塩基修飾等に関する核酸の解析を迅速且つ正確に行うことのできる装置、方法及びプログラムを提供することをその目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る核酸解析装置は、核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一処理部と、前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二処理部と、前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三処理部と、を含むことを特徴とする。本発明によれば、塩基配列や塩基修飾等に関する核酸の解析を迅速且つ正確に行うことのできる装置を提供することができる。すなわち、計算量を効果的に低減しつつ、末端由来のプロダクトイオンの質量分析結果を効果的に利用して、塩基配列の決定、塩基修飾の有無、塩基修飾の内容（修飾の種類、位置、数等）等について、信頼性の高い解析を行うことができる。
【０００９】
また、前記第一処理部は、前記階層構造の一方の最外階層からは、５’端位置又は３’端位置のうち一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、他方の最外階層からは、５’端位置又は３’端位置のうち他方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となるよう、前記塩基組成セットを階層化し、前記第三処理部は、前記階層構造の前記一方の最外階層及び前記他方の最外階層の両方の最外階層から内部の階層に向けて前記接続関係を辿りながら、前記選択処理を行うことによって、前記核酸の５’端及び３’端の両末端から塩基配列を順次決定することもできる。また、前記第二処理部は、前記接続関係の各々により接続される一対の前記塩基組成セットに付与された重みに基づいて、前記接続関係の各々に重みを付与し、前記第三処理部は、前記塩基組成セットの各々に付与された重みと前記接続関係の各々に付与された重みとに基づいて、前記選択処理を行うこともできる。また、前記第一処理部は、前記塩基組成セットの各々に対応する階層化されたノードと、前記接続関係の各々に対応して前記ノードを接続するエッジと、を有する有向グラフを作成し、前記第三処理部は、前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記有向グラフの前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する階層側の末端から最適経路を探索することにより、前記選択処理を行うこともできる。この場合、前記第三処理部は、動的計画法を適用して、前記選択処理を行うこともできる。さらに、この場合、前記第一処理部は、前記有向グラフの一方端からは、対応する前記塩基組成セットの５’端位置又は３’端位置のうち一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、前記有向グラフの他方端からは、対応する前記塩基組成セットの５’端位置又は３’端位置のうち他方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となるよう、前記ノードを階層化し、前記第三処理部は、前記有向グラフの前記一方端及び前記他方端の両端から内部に向けて動的計画法を適用して前記エッジを辿りながら、前記選択処理を行うことによって、前記核酸の５’端及び３’端の両末端から塩基配列を順次決定することもできる。
【００１０】
また、前記第二処理部は、前記部分塩基組成の各々について、前記対応したプロダクトイオンの質量分析において、前記対応したプロダクトイオンに修飾塩基が含まれないと仮定した場合に予測される第一の予測質量値と、前記対応したプロダクトイオンに修飾塩基が含まれると仮定した場合に予測される第二の予測質量値と、を作成し、前記第一の予測質量値及び前記第二の予測質量値の各々と、前記実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記部分塩基組成の各々に重みを付与することもできる。この場合、前記第二処理部は、前記部分塩基組成の各々について、前記第一の予測質量値及び前記第二の予測質量値の各々と、前記実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記対応したプロダクトイオンに前記修飾塩基が含まれるか否かを判断し、前記対応したプロダクトイオンに前記修飾塩基が含まれると判断した場合には、前記部分塩基組成の各々に、前記修飾塩基に関する修飾情報を関連付けて保持し、前記第三処理部は、前記階層構造の隣接する階層間で、前記選択された塩基組成セットにおいて前記修飾情報が関連付けられている部分塩基組成の位置が移動するか否かの判断結果に基づいて、前記核酸に含まれる修飾塩基の位置を決定することもできる。
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る核酸解析方法は、核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一ステップと、前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二ステップと、前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三ステップと、を含むことを特徴とする。本発明によれば、核酸の解析を迅速且つ正確に行うことのできる方法を提供することができる。
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る核酸解析プログラムは、コンピュータに、核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一手順と、前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二手順と、前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三手順と、を実行させることを特徴とする。本発明によれば、核酸の解析を迅速且つ正確に行うことのできるプログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の一実施形態に係る核酸の塩基配列及び塩基修飾を解析する装置（以下、「本装置」という）、方法（以下、「本方法」という）、及びプログラム（以下、「本プログラム」という）について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態においては、本プログラムに従って動作する本装置を用いて、本方法を実施する場合を例として説明する。
【００１４】
まず、本装置及び本プログラムの概要について説明する。本装置は、その少なくとも一部にコンピュータを含んで構成することができる。図１は、本装置１の主な構成を示すブロック図である。図１に示すように、本装置１は、制御部１０と、記憶部２０と、入力部３０と、出力部４０と、質量分析部５０と、を含んでいる。
【００１５】
制御部１０は、ＣＰＵ等の演算装置によって実現できる。制御部１０は、記憶部２０に格納されているプログラムに従って動作し、記憶部２０、入力部３０、出力部４０、質量分析部５０との間でデータの入出力を行うことができる。すなわち、制御部１０は、質量分析部５０から受け入れた質量分析に関するデータを記憶部２０に格納するとともに、記憶部２０から読み出したデータと入力部３０から受け入れたデータとに基づいて所定の演算処理を実行することができる。また、制御部１０は、演算処理の結果に関連するデータに基づいて、出力部４０に当該結果を表す所定の画像を表示させることができる。また、制御部１０は、質量分析部５０に指示データを出力して所定の質量分析を実行させることもできる。
【００１６】
図２は、この制御部１０によって行われる主な処理を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御部１０は、塩基組成処理部１１と、重み付け処理部１２と、解析処理部１３と、を機能的に含んでいる。制御部１０による処理の具体的内容については後に詳しく説明する。
【００１７】
記憶部２０は、ハードディスク等の外部記憶装置や、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の主記憶装置によって実現できる。すなわち、例えば、記憶部２０はハードディスクを備え、制御部１０が実行するプログラム（本プログラムや、質量分析部５０が質量分析を実行し又は質量分析結果を解析するためのプログラム等）、制御部１０が演算処理で利用するデータベース、制御部１０が質量分析部５０から受け入れた質量分析に関するデータを当該ハードディスクに格納する。また、記憶部２０は、制御部１０により行われる処理で利用されるデータを保持するワークメモリとして動作することもできる。すなわち、例えば、記憶部２０はＲＡＭを備え、制御部１０が入力部３０や質量分析部５０から受け入れたデータや、制御部１０による演算処理の過程で生成されたデータを当該ＲＡＭに一時的に保持する。
【００１８】
入力部３０は、キーボード、マウス、タッチパッド等の入力装置によって実現できる。入力部３０は、本装置のユーザからデータの入力を受け入れることができる。また、入力部３０は、ＣＤやＤＶＤ等の記録媒体のドライブ装置を含んで実現することもできる、この場合、入力部３０は、ドライブ装置に挿入された記録媒体に記録されているデータを読み出して制御部１０に出力する。
【００１９】
出力部４０は、液晶ディスプレイ等の表示装置によって実現できる。出力部４０は、制御部１０から受け入れたデータに基づいて、制御部１０により行われた処理の結果を表す画面や、ユーザにデータの入力を促す画面をユーザに提示することができる。
【００２０】
質量分析部５０は、ＱｑＴＯＦ型のＬＣ／ＭＳ／ＭＳ等の核酸の質量分析に適した質量分析計によって実現できる。質量分析部５０は、対象とする核酸の質量分析を実行し、その分析結果に関するデータを制御部１０に出力する。
【００２１】
本プログラムは、コンピュータに、本発明に関する処理を実行させることができる。例えば、本プログラムは、本装置に、本方法に関する処理を実行させることができる。また、本プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録することができる。
【００２２】
次に、本装置、本方法及び本プログラムの詳細について説明する。ここでは、核酸として、所定長さのＲＮＡ分子をＲＮＡ分解酵素の一種であるＲＮａｓｅＡを使用して切断することにより得られたＲＮＡ断片（以下、「対象断片」という）を解析の対象とする場合を例として説明する。
【００２３】
図３は、本方法に含まれる主なステップの一例を示すフロー図である。図３に示すように、本方法は、第一のステップＳ１００と、第二のステップＳ２００と、第三のステップＳ３００と、を含んでいる。
【００２４】
第一のステップＳ１００において、本装置１の塩基組成処理部１１は、対象断片の親イオンに関する情報を取得する（Ｓ１０１）。この親イオンは、質量分析部５０が備える質量分析計において、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法やマトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）法等の核酸の質量分析に適したイオン化法により、対象断片から生成することができる。
【００２５】
親イオンに関する情報としては、例えば、親イオンの質量対電荷比（ｍ／ｚ値）、価数、対象断片の作製に使用されたＲＮＡ分解酵素の種類、対象断片に含まれる修飾塩基の種類等を用いることができる。親イオンのｍ／ｚ値や価数は、例えば、質量分析部５０が備えるＬＣ−ＱｑＴＯＦ型の質量分析計を用いて、当該質量分析計の誤差範囲内で親イオンの質量分析を行うことにより、高い精度で測定することができる。
【００２６】
塩基組成処理部１１は、これらの親イオンに関する情報を、質量分析部５０から受け入れることができる。なお、塩基組成処理部１１は、親イオンに関する情報を、入力部３０を介して本装置１のユーザから受け入れ、又は記憶部２０から読み出すことにより、取得することもできる。
【００２７】
次に、塩基組成処理部１１は、親イオンに関する情報に基づいて、対象断片の全体塩基組成を決定する（Ｓ１０２）。ここで、「塩基組成」とは、所定長さの核酸分子に含まれる塩基の種類及び各塩基の数から構成され、当該核酸分子における各塩基の配列順序とは無関係に決定される。対象断片の「全体塩基組成」とは、当該対象断片の全体としての塩基組成である。
【００２８】
本実施形態においては、例えば、対象断片が、３残基のアデニン（Ａ）、１残基のウラシル（Ｕ）、及び２残基のグアニン（Ｇ）から構成され、シトシン（Ｃ）を含まない場合、当該対象断片の全体塩基組成を「Ａ３Ｇ２Ｕ」と記述する。この塩基組成の記述において、塩基の記載順序は、対象断片における塩基の配列順序とは無関係である。
【００２９】
このステップＳ１０２において、塩基組成処理部１１は、まず、親イオンのｍ／ｚ値や価数等の情報に基づいて、親イオンの分子量（質量）を算出する。そして、塩基組成処理部１１は、この親イオンの分子量に基づいて、対象断片の全体塩基組成を決定する。
【００３０】
すなわち、例えば、記憶部２０が、ＲＮＡ断片の様々な塩基組成と、その分子量と、を関連付けたデータベースを格納している場合には、塩基組成処理部１１は、親イオンの分子量と、当該データベースに格納されている各塩基組成の分子量と、を照合する。そして、塩基組成処理部１１は、データベースに登録されている塩基組成のうちから、親イオンの分子量に一致し、又は分子量の差分が所定の誤差範囲内である塩基組成を抽出し、当該抽出された塩基組成を、対象断片の全体塩基組成として決定する。なお、所定の誤差範囲は、例えば、親イオンの質量分析に用いられた質量分析計の性能や分析条件等に応じた分析精度に基づいて決定することができる。
【００３１】
具体的に、ここでは、塩基組成処理部１１が、親イオンのｍ／ｚ値「９９９．７」と価数「−２」とに基づいて、分子量「２００１．４（Ｄａ）」を算出し、当該分子量に基づくデータベース検索により、対象断片の全体塩基組成を「Ａ３Ｇ２Ｕ」と決定した場合を例として説明する。
【００３２】
次に、塩基組成処理部１１は、決定された全体塩基組成に基づいて、複数の塩基組成セットを作成する（Ｓ１０３）。この複数の塩基組成セットの各々は、一組の部分塩基組成から構成される。
【００３３】
ここで、「一組の部分塩基組成」は、全体塩基組成の互いに異なる一部（部分塩基組成）の組合せとして構成される。すなわち、一組の部分塩基組成を構成する各部分塩基組成は、全体塩基組成を複数に分割して得られる互いに異なる複数の部分の各々である。
【００３４】
また、各部分塩基組成は、塩基の種類、各塩基の数、及び対象断片における位置により特定される。したがって、例えば、２つの部分塩基組成について、各々を構成する塩基の種類及び各塩基の数が互いに同一であったとしても、各々の対象断片における位置が互いに異なる場合には、当該２つの部分塩基組成は互いに異なるものとなる。この部分塩基組成の位置は、例えば、対象断片の末端位置（５’端位置又は３’端位置）や、末端以外の内部位置等として決定することができる。
【００３５】
そして、一組の部分塩基組成は、少なくとも５’端位置の部分塩基組成（５’端塩基を含む部分塩基組成）と３’端位置の部分塩基組成（３’端塩基を含む部分塩基組成）とを含む。具体的に、例えば、全体塩基組成「Ａ３Ｇ２Ｕ」を２つに分割して一組の部分塩基組成を作成する場合の一例として、当該一組の部分塩基組成は、５’端位置の部分塩基組成「Ａ」と３’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２Ｕ」とから構成される。また、全体塩基組成「Ａ３Ｇ２Ｕ」を３つに分割して一組の部分塩基組成を作成する場合の一例として、当該一組の部分塩基組成は、５’端位置の部分塩基組成「Ａ」と３’端位置の部分塩基組成「Ｕ」と内部（インターナル）位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２」とから構成される。
【００３６】
このような一組の部分塩基組成は、対象断片由来の仮想的な一組のプロダクトイオンに対応すると考えることもできる。すなわち、各部分塩基組成は、対象断片をイオン化して親イオンを生成し、さらに当該親イオンを解離させてプロダクトイオンを生成した場合において、１分子の親イオンから生成された一組のプロダクトイオンを構成する各プロダクトイオンの塩基組成に対応していると考えることができる。したがって、例えば、一組の部分塩基組成は、５’端の塩基を含むプロダクトイオンに対応する５’端位置の部分塩基組成と、３’端の塩基を含むプロダクトイオンに対応する３’端位置の部分塩基組成と、を少なくとも含むこととなる。なお、もちろん、各部分塩基組成に対応するプロダクトイオンが、後述するような質量分析において実際に検出されるとは限らない。
【００３７】
各塩基組成セットは、上述のようにして決定される一組の部分塩基組成から構成されるため、その全体としての塩基組成は全体塩基組成に一致する。すなわち、各塩基組成セットを構成する各部分塩基組成の合計は、全体塩基組成に一致する。また、本実施形態において、各塩基組成セットの構成は、コロン（：）を介して、５’端側の部分塩基組成を左側に、３’端側の部分塩基組成を右側に、それぞれ配置して記述される。具体的に、例えば、全体塩基組成「Ａ３Ｇ２Ｕ」を２つに分割して塩基組成セットを作成する場合の一例として、５’端位置の部分塩基組成「Ａ」と３’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２Ｕ」とから構成される塩基組成セットの構成は「Ａ：Ａ２Ｇ２Ｕ」と記述される。また、全体塩基組成「Ａ３Ｇ２Ｕ」を３つに分割して塩基組成セットを作成する場合の一例として、５’端位置の部分塩基組成「Ａ」と３’端位置の部分塩基組成「Ｕ」と内部（インターナル）位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２」とから構成される塩基組成セットの構成は「Ａ：Ａ２Ｇ２：Ｕ」と記述される。
【００３８】
また、１つの全体塩基組成から作成される複数の塩基組成セットの各々は、互いに異なる一組の部分塩基組成から構成される。ここで、例えば、２つの塩基組成セットのうち一方を構成する一組の部分塩基組成と、他方を構成する一組の部分塩基組成と、を比較した場合に、少なくとも一部の対応する部分塩基組成が異なる場合には、当該２つの塩基組成セットは、互いに異なる一組の部分塩基組成から構成されていることとなる。
【００３９】
なお、対応する部分塩基組成とは、対象断片における位置が同一の部分塩基組成である。例えば、２つの塩基組成セットのうち一方に含まれる５’端の部分塩基組成と、他方に含まれる５’端の部分塩基組成と、は対応する部分塩基組成である。対応する２つの部分塩基組成の塩基の種類又は各塩基の数の少なくとも一方が異なる場合、当該対応する２つの部分塩基組成は互いに異なることとなる。
【００４０】
このステップＳ１０３において、塩基組成処理部１１は、対象断片の全体塩基組成、当該全体塩基組成の分割条件、当該対象断片の作製に使用されたＲＮＡ分解酵素の種類等に関するデータに基づいて、当該全体塩基組成から予想される、可能な部分塩基組成の組合せの全部又は一部を作成することにより、互いに異なる複数の塩基組成セットを作成する。すなわち、例えば、塩基組成処理部１１は、全体塩基組成を２つに分割して一組の部分塩基組成を作成する場合において可能な全ての部分塩基組成の組を算出し、その各々がこれら複数組の部分塩基組成のうち互いに異なる一組から構成される複数の塩基組成セットを表すデータを生成する。なお、塩基組成処理部１１は、これら部分塩基組成セットの作成に利用するデータの全部又は一部を、入力部３０を介してユーザから受け入れ、又は記憶部２０から読み出すことにより取得することもできる。
【００４１】
ここで、上述のように対象断片はＲＮＡａｓｅＡによる切断処理によって作製されたＲＮＡ断片であるため、当該対象断片の３’端の塩基はウラシル（Ｕ）又はシトシン（Ｃ）であると予想することができる。一方、上記ステップＳ１０２で決定された対象断片の全体塩基組成は「Ａ３Ｇ２Ｕ」であってシトシン（Ｃ）を含まない。このため、対象断片の３’端はウラシル（Ｕ）であると決定できる。また、ここでは親イオンは一箇所で切断される（すなわち、５’端の塩基を含むプロダクトイオンと３’端の塩基を含むプロダクトイオンとからなる一組のプロダクトイオンが生成される）と仮定する。
【００４２】
したがって、このように対象断片の作製に使用されたＲＮＡ分解酵素の種類によって当該対象断片の末端（５’端又は３’端）の塩基の種類を特定することができる場合には、塩基組成処理部１１は、全体塩基組成「Ａ３Ｇ２Ｕ」と、当該全体塩基組成の分割数「２」と、当該ＲＮＡ分解酵素の種類「ＲＮＡａｓｅＡ」と、に基づいて、当該対象断片の末端位置の塩基の種類を「ウラシル（Ｕ）」と決定する。そして、塩基組成処理部１１は、全体塩基組成と、末端塩基の決定結果と、に基づいて、複数の塩基組成セットを作成する。すなわち、塩基組成処理部１１は、全体塩基組成に含まれるウラシル（Ｕ）の位置を３’端に固定した上で、当該全体塩基組成の残りの塩基組成に基づいて、部分塩基組成の組を複数作成する。
【００４３】
具体的に、塩基組成処理部１１は、３’端位置の部分塩基組成がウラシル（Ｕ）を含む場合に可能な全ての部分塩基組成の組合せを算出して、その構成がそれぞれ「Ａ：Ａ２ＵＧ２」、「Ｇ：Ａ３ＵＧ」、「Ａ２：ＡＵＧ２」、「ＡＧ：Ａ２ＵＧ」、「Ｇ２：Ａ３Ｕ」、「Ａ３：ＵＧ２」、「Ａ２Ｇ：ＡＵＧ」、「ＡＧ２：Ａ２Ｕ」、「Ａ３Ｇ：ＵＧ」、「Ａ２Ｇ２：ＡＵ」、「Ａ３Ｇ２：Ｕ」で表される、互いに異なる１１個の塩基組成セットを作成する。
【００４４】
また、このステップＳ１０３において、塩基組成処理部１１は、塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成する。すなわち、塩基組成処理部１１は、例えば、入力部３０を介して受け入れたユーザからの指示に基づいて、５’端又は３’端のうち少なくとも一方を着目末端として決定し、当該着目末端位置の部分塩基組成に含まれる塩基の数に基づいて塩基組成セットを階層化する。具体的に、ここでは、塩基組成処理部１１は、５’端を着目末端として決定し、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が同一の塩基組成セットを同一の階層に分類する。すなわち、塩基組成処理部１１は、各階層に、５’端位置の部分塩基組成の塩基数として互いに異なる所定数を関連付け、各階層には、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が当該各階層に対応する所定数である、全体塩基組成から可能な全ての塩基組成セットを分類する。そして、塩基組成処理部１１は、各階層に属する塩基組成セットを構成する５’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に当該各階層を順位付けする。
【００４５】
そして、塩基組成処理部１１は、例えば、図４に示すように、１１個の塩基組成セットの各々について、各塩基組成セットに割り当てられた識別情報Ｓ１〜Ｓ１１と、当該各塩基組成セットの構成と、当該各塩基組成セットが属する階層の番号と、を関連付けたデータテーブルを階層データとして作成する。
【００４６】
図４に示すように、この階層構造においては、一方の最外階層（階層番号が「１」の第一階層）から他方の最外階層（階層番号が「５」の第五階層）まで、各階層に属する塩基組成セットを構成する５’端位置の部分塩基組成に含まれる塩基の数が１つずつ増加している。
【００４７】
すなわち、５’端の部分塩基組成の塩基数が最も小さい「１」である２つの塩基組成セットＳ１，Ｓ２は、階層構造における一方の最外階層である第一階層に分類され、当該塩基数が１つ大きい「２」である３つの塩基組成セットＳ３，Ｓ４，Ｓ５はその内側の第二階層に分類され、当該塩基数がさらに１つ大きい「３」である３つの塩基組成セットＳ６，Ｓ７，Ｓ８はさらに深い第三階層に分類され、当該塩基数がさらに１つ大きい「４」である２つの塩基組成セットＳ９，Ｓ１０はさらに深い第四階層に分類され、当該塩基数が最も大きい「５」である１つの塩基組成セットＳ１１は、当該階層構造における他方の最外階層である第五階層に分類されている。
【００４８】
一方、この階層構造においては、３’端位置の部分塩基組成の塩基数に着目すると、逆に、第五階層から第一階層まで、当該３’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に、塩基組成セットが階層化されている。すなわち、この階層構造においては、一方の最外階層（第一階層）からは５’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、他方の最外階層（第五階層）からは３’端位置の部分塩基組成の昇順となるよう、塩基組成セットが階層化されている。
【００４９】
さらに、このステップＳ１０３において、塩基組成処理部１１は、塩基組成セットの各々と、その末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を当該末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する。
【００５０】
すなわち、塩基組成処理部１１は、隣接する階層のうち、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が小さい塩基組成セットが属する一方の階層に属する塩基組成セットの各々と、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が大きい塩基組成セットが属する他方の階層に属し、当該一方の階層の塩基組成セットにおける５’端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を、当該５’端位置の部分塩基組成として有する塩基組成セットと、の間に１つの接続関係を作成する。
【００５１】
具体的に、塩基組成処理部１１は、図４に示す階層化された１１個の塩基組成セットのうち、例えば、第一階層に属する、５’端位置の部分塩基組成が１つのアデニン（Ａ）から構成される塩基組成セットＳ１と、隣接する第二階層に属する３つの塩基組成セットＳ３，Ｓ４，Ｓ５のうち、５’端位置の部分塩基組成が１つのアデニン（Ａ）にもう１つのアデニン（Ａ）を加えて構成される塩基組成セットＳ３との間に接続関係を作成すると共に、５’端位置の部分塩基組成が１つのアデニン（Ａ）に１つのグアニン（Ｇ）を加えて構成される塩基組成セットＳ４との間にも接続関係を作成する。
【００５２】
そして、塩基組成処理部１１は、例えば、図５に示すように、作成した接続関係の各々について、各接続関係に割り当てられた識別情報Ｃ１〜Ｃ１５と、当該各接続関係によって接続される一対の塩基組成セットを特定する情報と、当該各接続関係が属する階層の番号と、を関連付けたデータテーブルを接続データとして作成する。図５に示す例において、各接続関係によって接続される一対の塩基組成セットを特定する情報は、予め各塩基組成セットに割り当てられた識別情報（図４参照）の組合せとなっている。また、各接続関係が属する階層の番号は、当該各接続関係によって接続される各塩基組成セットが属する階層番号（図４参照）のうち、小さいほうの階層番号となっている。
【００５３】
次に、塩基組成処理部１１は、塩基組成セットの各々に対応する階層化されたノードと、上述の接続関係の各々に対応して当該ノードを接続するエッジと、を有する有向グラフを作成する（Ｓ１０４）。すなわち、塩基組成処理部１１は、上述したような階層データと接続データとに基づいて、塩基組成セットの接続関係を視覚化した有向グラフを作成する。具体的に、例えば、塩基組成処理部１１は、図６に示すような有向グラフを作成する。
【００５４】
図６に示す有向グラフにおいては、図４に示した階層構造に従い、一方端（図中の左端）の最外階層（第一階層）から他方端（図中の右端）の最外階層（第五階層）に向けては、各ノードに対応する塩基組成セットを構成する５’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、当該第五階層から当該第一階層に向けては、各ノードに対応する塩基組成セットを構成する３’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となるよう、図４に示した１１個の塩基組成セットＳ１〜Ｓ１１に対応する１１個のノードＮ１〜Ｎ１１が階層化されて配置されている。なお、以下、有向グラフにおいて第一階層側の末端を５’端、第五階層側の末端を３’端と呼ぶ。
【００５５】
すなわち、この有向グラフにおいては、５’端から内部に向けて、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が１ずつ増加する一方で、３’端から内部に向けては、３’端位置の部分塩基組成の塩基数が１ずつ増加するように、ノードＮ１〜Ｎ１１が階層化されて配置されている。
【００５６】
また、この有向グラフにおいては、接続関係によって接続される一対の塩基組成セットに対応した一対のノードが、図５に示した接続関係Ｃ１〜Ｃ１５に対応するエッジＥ１〜Ｅ１５により接続されている。すなわち、隣接する階層のうち５’端位置の部分塩基組成の塩基数が小さい塩基組成セットが属する一方の階層に属する塩基組成セットに対応するノードの各々と、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が大きい塩基組成セットが属する他方の階層に属し、当該一方の階層の塩基組成セットにおける５’端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を、当該５’端位置の部分塩基組成として有する塩基組成セットに対応するノードと、が１つのエッジにより接続されている。
【００５７】
また、この有向グラフにおいて、各エッジは、図６に示すように、５’端階層及び３’端階層から、予め中央の階層として決定された第三階層（図６において破線で囲まれた階層）に向かうよう方向付けされている。なお、塩基組成処理部１１は、両端の最外階層を除く任意の階層を中央の階層として決定することができる。すなわち、例えば、塩基組成処理部１１は、両端の最外階層から等しい階層数の階層、又は一方の最外階層からの階層数と他方の最外階層からの階層数との差が１だけ異なる階層を中央の階層と決定することができる。また、例えば、塩基組成処理部１１は、入力部３０を介してユーザから受け入れたデータによって指示される階層を中央の階層と決定することができる。
【００５８】
また、塩基組成処理部１１は、この有向グラフを画像としてユーザに提示するよう出力部４０に指示することができる。この場合、出力部４０は、図６に示すような有向グラフを液晶ディスプレイ等の画面上に表示する。さらに、この場合、塩基組成処理部１１は、ユーザからの修正指示を入力部３０から受け入れて、有向グラフを修正することもできる。例えば、塩基組成処理部１１は、ユーザから中央の階層を変更するよう指示を受け入れた場合には、当該指示に従い、中央の階層を変更した有効グラフを作成する。
【００５９】
そして、塩基組成処理部１１は、上述の階層データや接続データ等、塩基組成セットや有向グラフに関する情報を含む塩基組成データを重み付け処理部１２に出力する。
【００６０】
第二のステップＳ２００においては、まず、部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出する（Ｓ２０１）。ここで、質量値は、例えば、ｍ／ｚ値とすることができ、又はｍ／ｚ値をデコンボリューションした値（すなわち０（ゼロ）価に変換した値）とすることもできる。すなわち、重み付け処理部１２は、塩基組成処理部１１から受け入れた塩基組成データに基づいて、その塩基組成が各部分塩基組成に一致するプロダクトイオンを質量分析したと仮定した場合に、分析結果として得られることが予測される、当該プロダクトイオンの質量値（予測質量値）を算出する。
【００６１】
ここで、一般に、核酸由来の親イオン（前駆イオン）は、図７Ａに示すように、各ホスホジエステル結合の主に４ヶ所で切断されて様々なプロダクトイオンが生成される。なお、ここでは、ＲＮＡａｓｅＡを使用した切断処理によって作製された４ｍｅｒのＲＮＡ断片（「Ｂ」は塩基を示す）を核酸の一例として示している。
【００６２】
すなわち、図７Ａ，図７Ｂに示すように、ＭｃＬｕｃｋｅｙらの命名法に基づけば、このＲＮＡ断片からは、５’端の塩基を含む５’端プロダクトイオンとして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ系列のプロダクトイオンが生じ、３’端の塩基を含む３’端プロダクトイオンとして、ｗ、ｘ、ｙ、ｚ系列のプロダクトイオンが生じる。また、例えば、ａ系列のプロダクトイオンであって、塩基が欠損したプロダクトイオン（ａ＿Ｂ）が生じることもある。
【００６３】
したがって、ＲＮＡ断片の所定の塩基間位置で切断される場合、５’端位置又は３’端位置の部分組成の塩基数が、切断位置に基づいて決定される所定数である、可能な全ての塩基組成セットの各々について、各系列のプロダクトイオンが生成されると考えることができる。すなわち、このＲＮＡ断片の全体塩基組成が「ＡＵＣＧ」であって、その５’端から１つ目の塩基と２つ目の塩基との間で切断される場合には、図７Ｂに示すように、例えば、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が「１」である可能な全ての塩基組成セット「Ａ：ＵＣＧ］、「Ｕ：ＡＣＧ］、「Ｃ：ＡＵＧ］、「Ｇ：ＡＵＣ］の各々について、５種類の５’端プロダクトイオン「ａ１」、「ｂ１」、「ｃ１」、「ｄ１」、「ａ１＿Ｂ」と、４種類の３’端プロダクトイオン「ｗ３」、「ｘ３」、「ｙ３」、「ｚ３」と、が生成されると考えることができる。なお、図７Ａに示すように、ＲＮＡａｓｅＡによって作製されたＲＮＡ断片は、５’端に水酸基（ＯＨ）を有し、３’端にリン酸基（ＰＯ４Ｈ）を有することが多い。これは、ＲＮＡａｓｅＴによって作製されたＲＮＡ断片についても同様である。したがって、核酸断片の作製に使用された核酸分解酵素の種類に基づいて、当該核酸断片の末端の官能基の種類を予測し、当該官能基のイオン化のしやすさ等、イオン化に関する情報に基づいて、生成されるプロダクトイオンの系列を予測することもできる。
【００６４】
そこで、このステップＳ２０１において、重み付け処理部１２は、各塩基組成セットを構成する各部分塩基組成と、図７Ａに示すような様々な切断パターンと、に基づいて、当該各部分塩基組成に対応する少なくとも１つの系列のプロダクトイオンについて予測質量値を算出する。
【００６５】
具体的に、重み付け処理部１２は、各部分塩基組成に対応したプロダクトイオンの予測質量値として、当該プロダクトイオンに対応するピークが検出されることが理論的に予想されるｍ／ｚ値を算出する。すなわち、重み付け処理部１２は、まず、各部分塩基組成について、図７Ａに示すような４つの切断箇所の各々で切断された場合に生じるプロダクトイオンの分子組成（当該プロダクトイオンに含まれる原子の種類及び各原子の数）を算出する。次いで、重み付け処理部１２は、プロダクトイオンの分子組成に基づいて、当該プロダクトイオンの分子量を算出する。さらに重み付け処理部１２は、プロダクトイオンの分子量と価数とに基づいて、当該プロダクトイオンのｍ／ｚ値を予測質量値として算出する。なお、この予測質量値の算出においては、一部に経験的な知見を利用することもできる。
【００６６】
そして、重み付け処理部１２は、各塩基組成セットについて、当該各塩基組成セットを構成する複数の部分塩基組成の各々について算出された予測ｍ／ｚ値に基づいて、図７Ｃに示すような理論スペクトルを生成する。すなわち、各理論スペクトルにおいては、１つの塩基組成セットと、当該塩基組成セットを構成する各部分塩基組成に対応する各系列のプロダクトイオンについて算出された予測ｍ／ｚ値と、が関連付けられている。ここで、重み付け処理部１２は、図４に示す各塩基組成セット又は図６に示す各ノードについて、一組の部分塩基組成の予測ｍ／ｚ値を算出する。すなわち、例えば、構成が「Ａ２Ｇ：ＡＧＵ」の塩基組成セットについて、当該塩基組成セットが有し得る全ての塩基配列の候補を算出する場合には、５’端位置の塩基配列として可能な３つの塩基配列「ＡＡＧ」「ＡＧＡ」、「ＧＡＡ」と、３’端位置の塩基配列として可能な２つの塩基配列「ＡＧＵ」、「ＧＡＵ」と、の可能な全ての組合せを考慮した６回の演算処理を行う必要があるのに対し、重み付け処理部１２は、当該塩基組成セットについては、部分塩基組成の１つの組合せについて演算処理を実行する。このため、本発明においては、上述のように全ての塩基配列候補について予測ｍ／ｚ値を算出するような場合に比べて、計算量を効果的に低減できる。
【００６７】
次に、重み付け処理部１２は、対象断片由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値（実測質量値）を取得する（Ｓ２０４）。なお、ここでは、まず対象断片に修飾塩基が含まれていない場合又は対象断片における塩基修飾を考慮しない場合について説明するため、図３に示すステップＳ２０２、Ｓ２０３についての説明は省略する。
【００６８】
重み付け処理部１２が取得する実測質量値は、例えば、対象断片をイオン化して得られた親イオンを、質量分析部５０が備える質量分析計の内部で所定の方法により解離させてプロダクトイオンを生成し、当該質量分析計による当該プロダクトイオンの質量分析（ＭＳ／ＭＳ分析）により得られた質量値とすることができる。なお、この親イオンの解離方法は、プロダクトイオンを生成できる方法であれば特に限られないが、例えば、衝突誘起解離（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ−Ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：ＣＩＤ）法を好ましく用いることができる。また、親イオンの解離条件としては、解析に適したプロダクトイオンを生じさせる任意の条件を適宜設定することができ、例えば、ＣＩＤを用いる場合には、好ましい系列のプロダクトイオンを効率よく生じさせる上で適切な衝突電圧を解離条件の一つとして決定することができる。重み付け処理部１２は、例えば、プロダクトイオンについて実際に得られたマススペクトル（実測スペクトル）データを質量分析部５０から受け入れることにより、当該実測スペクトルデータに含まれる実測ｍ／ｚ値を実測質量値として取得することができる。また、重み付け処理部１２は、この実測ｍ／ｚ値を、入力部３０を介してユーザから受け入れ、又は記憶部２０から読み出すことによって取得することもできる。
【００６９】
次に、重み付け処理部１２は、予測質量値と実測質量値との比較に基づいて、塩基組成セットの各々に重みを付与する（Ｓ２０５）。すなわち、重み付け処理部１２は、例えば、予測ｍ／ｚ値との差分が予め定められた条件を満たす実測ｍ／ｚ値に対応するピーク強度に基づいて、当該予測ｍ／ｚ値に対応する部分塩基組成を含む塩基組成セットのノードに重みを付与する。
【００７０】
具体的に、重み付け処理部１２は、まず、実測スペクトルに含まれるピークに対応する実測ｍ／ｚ値のうち、理論スペクトルに含まれる各予測ｍ／ｚ値との差分が予め定められた閾値以下のものがあるかどうかを判断する。なお、この閾値は、例えば、実測ｍ／ｚ値を得るために使用した質量分析計の許容誤差に基づいて決定することができる。
【００７１】
そして、重み付け処理部１２は、ある予測ｍ／ｚ値と、ある実測ｍ／ｚ値と、の差分が閾値以下である場合には、当該予測ｍ／ｚ値と当該実測ｍ／ｚ値とが一致した、すなわち、実測スペクトルにおいて当該予測ｍ／ｚ値に対応するピークがヒットした、と判断する。この場合、重み付け処理部１２は、実測スペクトルにおいて、予測ｍ／ｚ値と一致した実測ｍ／ｚ値の位置で検出されたピーク（ヒットしたピーク）の強度に基づいて、当該予測ｍ／ｚ値に対応する部分塩基組成の部分重みを決定する。そして、重み付け処理部１２は、各ノードに対応する複数の部分塩基組成の各々について決定された部分重みの合計を、当該各ノードの重みとして付与する。
【００７２】
図８は、この予測質量値と実測質量値との比較に基づく各ノードへの重み付け処理の一例を示す概念図である。図８に示すように、重み付け処理部１２は、「Ａ：Ａ２Ｇ２Ｕ」の構成を有する塩基組成セットＳ１及び「Ｇ：Ａ３ＧＵ」の構成を有する塩基組成セットＳ２の各々について理論スペクトルを作成する。この各理論スペクトルにおいては、各塩基組成セットを構成する各部分塩基組成について算出された予測ｍ／ｚ値が特定されている。そして、重み付け処理１２は、これら各理論スペクトルと、プロダクトイオンについて実際に得られた実測スペクトルと、を照合するマッチング処理を行う。
【００７３】
すなわち、重み付け処理部１２は、まず、実測スペクトルに含まれるピークの実測ｍ／ｚ値のいずれかが、塩基組成セットＳ１の理論スペクトルに含まれる、５’端位置の部分塩基組成「Ａ」について算出された第一の予測ｍ／ｚ値又は３’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２Ｕ」について算出された第二の予測ｍ／ｚ値のいずれかに一致するか否かを判断する。
【００７４】
そして、重み付け処理部１２は、このマッチング処理の結果に基づいて各ノードの重み付けを行う。すなわち、重み付け処理部１２は、例えば、第一の予測ｍ／ｚ値に一致する第一の実測ｍ／ｚ値と、第二の予測ｍ／ｚ値と一致する第二の実測ｍ／ｚ値と、の両方を検出した場合には、当該第一の実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度と、当該第二の実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度と、の合計を塩基組成セットＳ１に対応するノードの重みとして決定する。
【００７５】
一方、重み付け処理部１２は、同様のマッチング処理において、実測スペクトルに含まれるピークの実測ｍ／ｚ値の一つが、塩基組成セットＳ２の理論スペクトルに含まれる、５’端位置の部分塩基組成「Ｇ」について算出された第一の予測ｍ／ｚ値と一致したが、３’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ２Ｕ」について算出された第二の予測ｍ／ｚ値と一致する実測ｍ／ｚ値はなかったと判断した場合には、当該第一の予測ｍ／ｚ値と一致した実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度のみを、当該塩基組成セットＳ２に対応するノードの重みとして決定する。重み付け処理部１２は、このような重み付け処理を全てのノードについて実行する。
【００７６】
そして、重み付け処理部１２は、例えば、各ノードに割り当てられた識別情報Ｎ１〜Ｎ１１（図６参照）と、当該各ノードに対応する塩基組成セットと、当該各ノードに付与された重みと、を関連付けたデータテーブルをノード重みデータとして生成する。
【００７７】
さらに、重み付け処理部１２は、各ノードが当該各ノードの重みに応じた態様で表示されるよう、有向グラフを更新する。すなわち、重み付け処理部１２は、例えば、図９に示すように、各ノードを、その重みに応じたサイズで表示した有向グラフを作成する。図９に示す有向グラフにおいては、重みが大きいほど、ノードの径が大きくなっている。重み付け処理部１２は、図９に示すような有向グラフを描画するための有向グラフデータを生成して出力部４０に出力し、出力部４０は、液晶ディスプレイ等の画面に当該有向グラフを表示する。このような有向グラフを提示されたユーザは、各ノードの重み付け処理の結果を視覚的に理解することができる。
【００７８】
次に、重み付け処理部１２は、接続関係の各々により接続される一対の塩基組成セットに付与された重みに基づいて、当該接続関係の各々に重みを付与する（Ｓ２０６）。すなわち、例えば、重み付け処理部１２は、図９に示すような有向グラフにおいて、各エッジの両端に接続される２つのノードの各々に付与された重みの合計に基づいて、当該各エッジに重みを付与する。
【００７９】
具体的に、例えば、重み付け処理部１２は、上述のノード重みデータに基づいて、図９に示すエッジＥ２の一方に接続されたノードＮ１に付与されている重みと、他方に接続されたノードＮ４に付与されている重みと、の合計を当該各エッジＥ２の重みとして付与する。重み付け処理部１２は、このような重み付け処理を全てのエッジについて実行する。
【００８０】
そして、重み付け処理部１２は、例えば、各エッジに割り当てられた識別情報Ｅ１〜Ｅ１５と、当該各エッジにより接続された一対のノードを特定する情報と、当該各エッジに付与された重みと、を関連付けたデータテーブルをエッジ重みデータとして生成する。
【００８１】
さらに、重み付け処理部１２は、各エッジが当該各エッジの重みに応じた態様で表示されるよう、有向グラフを更新する。すなわち、重み付け処理部１２は、例えば、図９に示すように、各エッジを、その重みに応じた太さで表示した有向グラフを作成する。図９に示す有向グラフにおいては、重みが大きいほど、エッジの太さが大きくなっている。
【００８２】
なお、重み付け処理部１２は、エッジの重みをノーマライズすることもできる。この場合、重み付け処理部１２は、例えば、各階層に属する各エッジの重みを、当該各階層に属するエッジに付与された最大の重みで除することにより、当該各エッジの重みをノーマライズする。この結果、例えば、０〜１の範囲の値で表される重みを各エッジに付与することができる。重み付け処理部１２は、ノード重みデータやエッジ重みデータ等、上述のような重み付け処理の結果を表すデータを解析処理部１３に出力する。
【００８３】
第三のステップＳ３００において、解析処理部１３は、塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、階層構造の両方の最外階層から接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行う（Ｓ３０１）。すなわち、解析処理部１３は、例えば、図９に示す有向グラフにおいて、各ノードに付与された重みに基づいて、当該有向グラフの５’端又は３’端の両端から内部に向けて、エッジを辿りながら、各階層に属するノードのうち１つを順次選択する。なお、ここでは、解析処理部１３が、動的計画法を適用して、有向グラフの最適経路を探索することにより選択処理を行う場合を例として説明する。
【００８４】
また、通常、親イオンが解離して生成されたプロダクトイオンの質量分析においては、５’端の塩基又は３’端の塩基を含む短い断片のプロダクトイオンが高い強度で検出される傾向がある。したがって、質量分析において、末端塩基を含む短いプロダクトイオンの実測結果は、それより長いプロダクトイオンの実測結果に比べて信頼性が高い場合が多い。
【００８５】
そこで、解析処理部１３は、有向グラフにおいて、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が最も小さい塩基組成セットが属している５’端の第一階層と、３’端位置の部分塩基組成の塩基数が最も小さい塩基組成セットが属している３’端の第五階層と、の両最外階層から、予め中央の階層として定められた第三階層に向かって、動的計画法に基づいて各ノードの重みを更新しながら、エッジを辿っていくことによって、当該有向グラフの５’端又は３’端から各ノードに至る最大の重みをもった経路を最適経路として決定する。
【００８６】
具体的に、解析処理部１３は、まず、エッジの方向に従って、有向グラフの５’端又は３’端のノードから各ノードに至る経路のうち、最大の重みが付与された経路を当該各ノードに至る最適経路として決定する。そして、解析処理部１３は、上述の重み付け処理部１２により付与された各ノードの重み（初期重み）を、当該各ノードに至る最適経路の重み（更新重み）に変更する重み更新処理を行う。なお、有向グラフの末端のノードから各ノードまでの経路の重みは、例えば、当該末端のノードから各ノードに至るまでに通過した各エッジの重みの合計とすることができる。
【００８７】
解析処理部１３は、この重み更新処理を、５’端の第一階層及び３’端の第五階層から中央の第三階層に至るまで、各階層に属する各ノードについて順次実行する。この最適経路の探索処理は、例えば、動的計画法について良く知られているＢｅｌｍａｎの公式を用いて表すことができる。すなわち、ここで、ｋを中央階層の階層番号とし、関数ｇ（ｘ）をノードｘの階層番号を返す関数とする。また、５’端の最外階層から中央階層までの間において、エッジで接続されているノードｍ，ｎは、ｇ（ｎ）＜ｇ（ｍ）≦ｋの条件を満たすものとする。そして、ｆ（ｍ）を５’端のノードからノードｍまでの最大スコアとし、Ｗnmをノードｎ，ｍが接続されているエッジの重みとすると、式ｆ（ｍ）＝ｍａｘ［Ｗｎｍ＋f（ｎ）］が成り立つ。同様に、３’端の最外階層から中央階層までの間において、エッジで接続されているノードｍ、ｎは、ｇ（ｎ）＞ｇ（ｍ）≧ｋの条件を満たすものとし、ｆ（ｍ）を３’端のノードからノードｍまでの最大スコアとし、Ｗｎｍをノードｎ，ｍが接続されているエッジの重みとすると、式ｆ（ｍ）＝ｍａｘ［Ｗｎｍ＋ｆ（ｎ）］が成り立つ。なお、解析処理部１３は、有向グラフの５’端の最外階層のノードから中央階層のノードまでは前進型動的計画法を適用し、３’端の最外階層のノードから中央階層のノードまでは後進型動的計画法を適用する。
【００８８】
具体的に、解析処理部１３は、図９に示す有向グラフの５’端の第一階層に属する２つのノードＮ１，Ｎ２の重みを０（ゼロ）と決定する。次に、解析処理部１３は、第二階層に属するノードＮ３，Ｎ４，Ｎ５のうち、例えば、ノードＮ４の重みを更新するにあたって、３’端側で当該ノードＮ４に接続されているエッジＥ２の重みと当該エッジＥ２の５’端側に接続されているノードＮ１の重みとを合計した第一候補重みと、３’端側で当該ノードＮ４に接続されている他のエッジＥ３の重みと当該エッジＥ３の５’端側に接続されているノードＮ２の重みとを合計した第二候補重みと、を比較する。そして、解析処理部１３は、これらの候補重みのうち第一候補重みのほうが大きいと判断した場合には、当該第一候補重みをノードＮ４の更新重みとして決定する。そして、解析処理部１３は、この決定された更新重みと、当該更新重みを付与したエッジＥ２を特定する情報（例えば、図５に示すようにエッジＥ２に対応する接続関係Ｃ２に付与された識別情報「Ｃ２」や、エッジＥ２に付与された識別情報「Ｅ２」）と、をノードＮ４に関連付けて保持しておく。
【００８９】
解析処理部１３は、このような重み更新処理を、第二階層の他のノードＮ３，Ｎ５についても行う。また、解析処理部１３は、同様に、３’端の第五階層に属するノードＮ１１の重み更新処理、次いで第四階層に属する２つのノードＮ９，Ｎ１０の重み更新処理、を順次実行する。
【００９０】
そして、解析処理部１３は、中央階層として指定された第三階層に属するノードＮ６，Ｎ７，Ｎ８の重み更新処理を、有向グラフの５’端側から当該ノードＮ６，Ｎ７，Ｎ８の各々に至る最適経路の重みと、有向グラフの３’端側から当該ノードＮ６，Ｎ７，Ｎ８の各々に至る最適経路の重みと、に基づいて行う。すなわち、解析処理部１３は、例えば、中央階層に属するノードＮ７の重みを、ノードＮ１、エッジＥ２、ノードＮ４、エッジＥ７を接続して構成される、５’端側から当該ノードＮ７までの最適経路の重みと、ノードＮ１１、エッジＥ１４、ノードＮ９、エッジＥ１１を接続して構成される、３’端側から当該ノードＮ７までの最適経路の重みと、を合計した更新重みに変更する。具体的に、解析処理部１３は、例えば、ノードＮ４の更新重みとエッジＥ７の重みとを合計した５’端側の部分更新重みと、ノードＮ９の更新重みとエッジＥ１１の重みとを合計した３’端側の部分更新重みと、を合計して、ノードＮ７の更新重みを算出する。そして、解析処理部１３は、この部分更新重みを合計した更新重みと、５’端側の部分更新重みを付与したエッジＥ７を特定する情報と、３’端側の部分更新重みを付与したエッジＥ１１を特定する情報と、をノードＮ７に関連付けて保持しておく。解析処理部１３は、同様にして、中央階層の属する他のノードＮ６，Ｎ８についても重み更新処理を実行する。このように、解析処理部１３は、有向グラフの両端から中央に向けて、より末端側のノード及びエッジに付与された重みに応じて、各ノードの重み更新処理を行う。また、解析処理部１２は、各ノードが当該各ノードの更新重みに応じた態様で表示されるよう、有向グラフを更新することができる。すなわち、この場合、解析処理部１２は、例えば、図１０に示すように、各ノードを、その更新重みに応じたサイズで表示した有向グラフを作成する。図１０に示す有向グラフにおいては、更新重みが大きいほど、ノードの径が大きくなっている。解析処理部１３は、図１０に示すような有向グラフを描画するための有向グラフデータを生成して出力部４０に出力し、出力部４０は、液晶ディスプレイ等の画面に当該有向グラフを表示する。このような有向グラフを提示されたユーザは、各ノードの重み付け更新処理の結果を視覚的に理解することができる。なお、解析処理部１３は、更新重みと、更新前の重みと、をそれぞれ記憶部２０に格納することができる。
【００９１】
そして、次に、解析処理部１３は、図１０に破線の矢印で示すように、有向グラフの中央階層（破線で囲まれた第三階層）から両端の最外階層まで、最適経路を辿るトレースバック処理を行うことにより、各階層に属するノードのうち１つを選択する。
【００９２】
すなわち、解析処理部１３は、まず、中央階層に属する３つのノードＮ６，Ｎ７，Ｎ８の更新重みを互いに比較し、最も大きい更新重みが付与されたノードＮ７を選択する。次いで、解析処理部１３は、中央階層で選択されたノードＮ７に３’端側が接続された、５’端側の第二階層に属するエッジＥ６，Ｅ７のうち、上述のように予めノードＮ７に関連付けられている、５’端側の部分更新重みを付与したエッジＥ７を選択するとともに、当該第二階層に属するノードＮ３，Ｎ４，Ｎ５のうち、当該選択されたエッジＥ７の５’端側に接続されているノードＮ４を選択する。また、解析処理部１３は、同様にして、３’端側の第四階層に属するエッジＥ１１，Ｅ１２のうち、上述のように予めノードＮ７に関連付けられている、３’端側の部分更新重みを付与したエッジＥ１１を選択するとともに、当該第四階層に属するノードＮ９，Ｎ１０のうち、当該選択されたエッジＥ１１の３’端側に接続されているノードＮ９を選択する。さらに、解析処理部１３は、同様にして、５’端の第一階層に属するエッジＥ２、Ｅ３のうち、上述のように予めノードＮ４に関連付けられている、更新重みを付与したエッジＥ２を選択するとともに、当該第一階層に属するノードＮ１，Ｎ２のうち、当該選択されたエッジＥ２の５’端側に接続されているノードＮ１を選択する。一方、解析処理部１３は、３’端の第五階層にはノードＮ１１のみが属しているので、当該ノードＮ１１を選択する。
【００９３】
このように、解析処理部１３は、有向グラフの中央階層から両端の最外階層に向かって動的計画法に基づくトレースバック処理を行い、当該両端の最外階層から中央階層で選択されたノードＮ７に至るまでに通過してきた最適経路を確定させる。すなわち、解析処理部１３は、このトレースバック処理によって、最適経路上で各階層に属するノードを１つずつ選択する。この結果、図１０に示す有向グラフにおいて、解析処理部１３は、５’端の第一階層ではノードＮ１、第二階層ではノードＮ４、中央階層ではノードＮ７、第四階層ではノードＮ９、そして３’端の第五階層ではノードＮ１１を、それぞれ選択する。
【００９４】
次に、解析処理部１３は、上述の選択処理の結果に基づいて、対象断片の両方の末端から塩基配列を順次決定する（Ｓ３０２）。すなわち、解析処理部１３は、隣接する階層の各々で選択された２つの塩基組成セット間で、対応する部分塩基組成を比較し、当該対応する部分塩基組成の差異を構成する塩基を特定するという塩基特定処理を、５’端位置の部分塩基組成については第一階層から第三階層に向けて、また、３’端位置の部分塩基組成については第五階層から第三階層に向けて、それぞれ実行することにより、対象断片の塩基配列を５’端側及び３’端側の両側から順次決定する。
【００９５】
具体的に、解析処理部１３は、図１１に示すように、上述の選択処理によって確定された有向グラフの最適経路上で隣接して配置されるノード間で、対応する部分塩基組成の差異を構成する塩基を、当該有向グラフの５’端側及び３’端側の両端側から順次特定する。
【００９６】
すなわち、解析処理部１３は、まず、５’端の第一階層で選択されたノードＮ１の５’端位置の部分塩基組成が１つのアデニン（Ａ）であることから、対象断片の５’端の塩基はアデニン（Ａ）であると決定する。次に、解析処理部１３は、第一階層で選択されたノードＮ１の５’端位置の部分塩基組成と、当該第一階層の内側（３’端側）に隣接する第二階層で選択されたノードＮ４の５’端位置の部分塩基組成と、を比較して、これらの部分塩基組成の差異を構成する塩基としてグアニン（Ｇ）を特定する。すなわち、解析処理部１３は、対象断片の５’端から２番目の塩基（すなわち、アデニン（Ａ）の３’端側に隣接する塩基）はグアニン（Ｇ）であると決定する。
【００９７】
また、解析処理部１３は、同様にして、３’端の第五階層で選択されたノードＮ１１の３’端位置の部分塩基組成が１つのウラシル（Ｕ）であることから、対象断片の３’端の塩基はウラシル（Ｕ）であると決定する。次に、解析処理部１３は、第五階層で選択されたノードＮ１１の３’端位置の部分塩基組成と、当該第五階層の内側（５’端側）に隣接する第四階層で選択されたノードＮ９の３’端位置の部分塩基組成と、を比較して、これらの部分塩基組成の差異を構成する塩基としてグアニン（Ｇ）を特定する。すなわち、解析処理部１３は、対象断片の３’端から２番目の塩基（すなわち、ウラシル（Ｕ）の５’端側に隣接する塩基）はグアニン（Ｇ）であると決定する。
【００９８】
さらに、解析処理部１３は、同様にして、第二階層で選択されたノードＮ４の５’端位置の部分塩基組成と、中央の第三階層で選択されたノードＮ７の５’端位置の部分塩基組成と、の差異を構成する塩基がアデニン（Ａ）であると特定する一方で、第四階層で選択されたノードＮ９の３’端位置の部分塩基組成と、中央の第三階層で選択されたノードＮ７の３’端位置の部分塩基組成と、の差異を構成する塩基がアデニン（Ａ）であると特定する。この結果、解析処理部１３は、対象断片の全塩基配列を「ＡＧＡＡＧＵ」であると決定する。そして、解析処理部１３は、この塩基配列の決定結果を表す画像を含むインタフェース画面をユーザに提示するよう、出力部４０に指示する。すなわち、例えば、解析処理部１３は、図１１に示すように、各階層で選択されたノードと、他のノードと、を区別可能に表示し、当該各階層で選択されたノード間を接続するエッジと、その他のエッジとを区別可能に表示した有向グラフを描画するための有向グラフデータを生成し、当該有向グラフデータを出力部４０に出力することができる。この有向グラフデータには、図１１に示すように、各階層で選択されたノード間の部分塩基組成の差異を構成する塩基を、当該ノード間を接続するエッジに対応して表示させるためのデータを含むこともできる。また、解析処理部１３は、例えば、各ノードの更新前の重みと、塩基配列の決定結果と、が関連付けられて表示された有向グラフをユーザに提示することもできる。すなわち、この場合、例えば、解析処理部１３は、各ノードが、その更新前の重みに応じたサイズで表示され、各階層で選択されたノードと、他のノードと、が区別可能に表示され、当該各階層で選択されたノード間を接続するエッジと、その他のエッジとが区別可能に表示され、各階層で選択されたノード間の部分塩基組成の差異を構成する塩基が、当該ノード間を接続するエッジに対応して表示された有向グラフを描画するための有向グラフデータを生成して出力部４０に出力し、出力部４０は、液晶ディスプレイ等の画面に当該有向グラフを表示する。このような有向グラフを提示されたユーザは、塩基配列の解析結果を、各ノードの更新前の重みや更新後の重み、エッジの重み等と関連付けて視覚的に理解することができる。このため、例えば、ユーザは、解析条件を修正すべき指示を容易に決定することができ、修正指示の入力を受け入れた本装置１は、当該修正指示に従って更に解析を行った結果を当該ユーザに提示することができる。
【００９９】
このように、本発明によれば、核酸の解析を迅速且つ正確に行うことができる。すなわち、例えば、全体塩基組成から予想される、可能な全ての塩基配列の候補を生成するような技術においては、塩基数の増加に伴って計算量が急激に増加することとなるのに対し、本発明においては、そのような可能な全ての塩基配列候補を生成することなく、各々が一組の部分塩基組成から構成される塩基組成セットを生成するため、塩基数の増加に伴う計算量の増加を効果的に抑制することができる。また、本発明によれば、必ずしも既知の核酸の塩基配列が登録されたデータベースの検索を行う必要はなく、質量分析の結果に基づいた演算処理によって、ｉｎ ｓｉｌｉｃｏで核酸の全塩基配列を迅速に決定することができる（ｄｅ ｎｏｖｏ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）。
【０１００】
また、本発明においては、塩基組成セットの重みに基づいて階層構造の最外階層から内部に向けて、塩基組成セットの選択処理を行うため、信頼性の高い末端由来のプロダクトイオンの質量分析結果を効果的に利用して、核酸の末端から塩基配列を決定していくことができ、信頼性の高い解析を行うことができる。
【０１０１】
本発明は、ＲＮＡを標的とした新しい診断技術の開発や、ＲＮＡ−タンパク質ネットワークの解析技術の開発等、生命科学における基盤技術を提供するものであり、極めて広い応用が期待できる。
【０１０２】
また、本発明によれば、さらに、対象断片に含まれる塩基修飾を解析することもできる。この場合の処理について、図３を参照しつつ説明するが、上述の内容と重複する内容については詳細な説明を省略する。
【０１０３】
まず、第一のステップＳ１００において、対象断片に含まれる塩基修飾の内容を推定する。すなわち、例えば、上述のステップＳ１０２において、塩基組成処理部１１は、実測された対象断片の分子量に基づいて、当該対象断片の全体塩基組成を決定する際に、所定の修飾部分（メチル基等の官能基等）の存在を考慮する必要がある場合、当該対象断片は、当該所定の修飾部分を含むと推定する。なお、例えば、液体クロマトグラフィー分析における対象断片の溶出時間等の他の解析手法の結果から、対象断片に所定の修飾部分が含まれていることを推定することもできる。
【０１０４】
塩基組成処理部１１は、対象断片に修飾部分が含まれていると判断した場合には、その修飾部分の内容（すなわち、修飾基の種類、分子量、数、価数等）を表す修飾データを生成し、重み付け処理部１２に出力する。
【０１０５】
次に、第二のステップＳ２００において、対象断片に修飾塩基が含まれると仮定した場合に予測される、各プロダクトイオンの質量分析結果を作成する。すなわち、重み付け処理部１２は、上述のステップＳ２０１において、各部分塩基組成に対応するプロダクトイオンに修飾された塩基が含まれないと仮定した場合に予測される第一の予測質量値を算出する一方で、ステップＳ２０２においては、対象断片に修飾塩基が含まれているか否かを判断する。ここで、重み付け処理部１２は、塩基組成処理部１１から修飾データを受け入れた場合には、対象断片に修飾塩基が含まれていると判断し（Ｓ２０２においてＹｅｓ）、ステップＳ２０３において、各部分塩基組成に対応するプロダクトイオンに当該修飾塩基が含まれると仮定した場合に予測される第二の予測質量値を算出する。
【０１０６】
具体的に、例えば、重み付け処理部１２は、修飾データに含まれる修飾基の種類、分子量、数、価数等に基づいて、第一の予測質量値を補正することによって、第二の予測質量値を算出する。すなわち、重み付け処理部１２は、例えば、ステップＳ２０１において、各部分塩基組成に対応するプロダクトイオンの分子量に基づいて第一の予測ｍ／ｚ値を算出した場合には、ステップＳ２０３において、当該プロダクトイオンの分子量に修飾基の分子量を加算した補正分子量に基づいて、当該プロダクトイオンに当該修飾基が含まれると仮定した場合に予測される第二の予測ｍ／ｚ値を算出する。
【０１０７】
そして、重み付け処理部１２は、ステップＳ２０５において、これら第一の予測ｍ／ｚ値及び第二の予測ｍ／ｚ値の各々と、実測ｍ／ｚ値と、の比較に基づいて、各ノードの重み付けを行う。すなわち、重み付け処理部１２は、実測スペクトルの中に、第一の予測ｍ／ｚ値又は第二の予測ｍ／ｚ値に近い実測ｍ／ｚ値があるかどうか検索を行う。
【０１０８】
そして、重み付け処理部１２は、第一の予測ｍ／ｚ値と所定の誤差範囲とに基づいて、当該第一の予測ｍ／ｚ値より所定値だけ小さい下限値から当該第一の予測ｍ／ｚ値より所定値だけ大きい上限値までの第一のｍ／ｚ範囲を算出し、当該第一のｍ／ｚ範囲内の実測ｍ／ｚ値が実測スペクトルに含まれるか否かを判断する。ここで、重み付け処理部１２は、第一のｍ／ｚ範囲内の実測ｍ／ｚ値（第一の実測ｍ／ｚ値）を検出した場合には、例えば、実測スペクトルに含まれるピークのうち、当該第一の実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度に基づいて、第一の仮重みを決定する。一方、重み付け処理部１２は、同様に、第二の予測ｍ／ｚ値と所定の誤差範囲とに基づいて、当該第二の予測ｍ／ｚ値より所定値だけ小さい下限値から当該第二の予測ｍ／ｚ値より所定値だけ大きい上限値までの第二のｍ／ｚ範囲を算出し、当該第二のｍ／ｚ範囲内の実測ｍ／ｚ値が実測スペクトルに含まれるか否かを判断する。そして、重み付け処理部１２は、第二のｍ／ｚ範囲内の実測ｍ／ｚ値（第二の実測ｍ／ｚ値）を検出した場合には、例えば、実測スペクトルに含まれるピークのうち、当該第二の実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度に基づいて、第二の仮重みを決定する。次に、重み付け処理部１２は、これら第一の仮重みと第二の仮重みとを比較して、大きい方の仮重みに基づいて、対応するノードの重み付けを行う。すなわち、例えば、重み付け処理部１２は、第二の仮重みが第一の仮重みよりも大きいと判断した場合には、対象とするプロダクトイオンに修飾塩基が含まれていると判断する。そして、この場合、重み付け処理部１２は、例えば、実測スペクトルに含まれるピークのうち、第二の実測ｍ／ｚ値で検出されたピークの強度に基づいて、対応するノードの重み付けを行う。なお、重み付け処理部１２は、第一のｍ／ｚ範囲内又は第二のｍ／ｚ範囲内の実測ｍ／ｚ値が実測スペクトルに含まれないと判断した場合には、第一のｍ／ｚ値又は第二のｍ／ｚ値についての重み付けを行わない。また、上述の所定の誤差範囲は、例えば、親イオンの質量分析に用いられた質量分析計の性能や分析条件等に応じた分析精度に基づいて決定することができる。
【０１０９】
また、重み付け処理部１２は、プロダクトイオンに修飾塩基が含まれると判断した場合には、当該プロダクトイオンに対応した部分塩基組成に、修飾塩基が含まれる旨を表す修飾タグデータを関連付けて保持しておく。
【０１１０】
そして、第三のステップＳ３００において、解析処理部１３は、対象断片の塩基配列を決定した（Ｓ３０２）後、当該対象断片に修飾塩基が含まれているか否かを判断する（Ｓ３０３）。そして、解析処理部１３は、対象断片に修飾塩基が含まれていると判断した場合（Ｓ３０３においてＹｅｓ）には、各塩基組成セットを構成する部分塩基組成のうち、修飾タグデータが関連付けられている部分塩基組成の位置に基づいて、修飾塩基の位置を決定する（Ｓ３０４）。
【０１１１】
すなわち、解析処理部１３は、例えば、階層構造の隣接する階層間で、上述の選択処理により選択された塩基組成セットにおいて、修飾タグデータが関連付けられている部分塩基組成の位置が移動した場合に、当該隣接する階層で選択された当該塩基組成セット間で当該部分塩基組成の差異を構成する塩基を、修飾された塩基として特定する。
【０１１２】
すなわち、例えば、図１１に示す有向グラフにおいて、第二階層で選択されたノードＮ４に対応する塩基組成セット「ＡＧ：Ａ２ＧＵ」の３’端位置の部分塩基組成「Ａ２ＧＵ」に修飾タグデータが関連付けられているのに対して、第三階層で選択されたノードＮ７に対応する塩基組成セット「Ａ２Ｇ：ＡＧＵ」については、５’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ」に修飾タグデータが関連付けられている場合、解析処理部１３は、修飾タグデータが関連付けられている部分塩基組成の位置が、３’端位置から５’端位置に移動していると判断する。
【０１１３】
そして、この場合、解析処理部１３は、塩基数の増加に伴って、内側の階層（第三階層）で新たに修飾タグデータが関連付けられたノードＮ７に係る５’端位置の部分塩基組成「Ａ２Ｇ」と、末端側の階層のノードＮ４に係る５’端位置の部分塩基組成「ＡＧ」と、を比較して、これらの部分塩基組成の差異を構成する、５’端から３つ目のアデニン（Ａ）が修飾塩基であると特定する。また、このような修飾塩基を特定する場合と同様に、例えば、対象断片の末端構造を特定することもできる。すなわち、例えば、重み付け処理部１２が、５’端位置又は３’端位置の部分塩基組成について、末端塩基に付加された所定の官能基の存在を考慮しない第一の予測質量値と、当該官能基の存在を考慮した第二の予測質量値と、を算出して実測質量値とのマッチング処理を行い、当該実測質量値との一致度が、当該第二の予測質量値の方が高かった場合には、解析処理部１３は、５’端又は３’端の塩基には、当該官能基が付加されていると決定することができる。そして、解析処理部１３は、例えば、修飾されている塩基と、その他の塩基と、が区別可能に表された有向グラフを作成する。すなわち、各階層で選択されたノード間の部分塩基組成の差異を構成する塩基を、当該ノード間を接続するエッジに対応して表示させる場合には、当該差異を構成する塩基のうち、修飾されている塩基については、修飾されていることを表す文字や記号を関連付けて表示する。解析処理部１３は、このような有向グラフを描画するための有向グラフデータを出力部４０に出力し、出力部４０は当該有向グラフが表示されたインタフェース画面をユーザに提示する。このような有向グラフを提示されたユーザは、塩基配列の解析結果のみならず、修飾構造の解析結果をも視覚的に理解することができる。
【０１１４】
このように、本発明によれば、迅速且つ正確に核酸に含まれる塩基修飾構造を解析することができる。すなわち、本発明によれば、例えば、ＲＮＡ分子について、転写後プロセシングや修飾構造などの質的な情報を得ることもできる。
【０１１５】
また、本方法においては、塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、階層構造の最外階層から接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を、当該最外階層から、任意の内部階層までとすることもできる。すなわち、この場合、解析処理部１３は、例えば、入力部３０を介して、ユーザから選択処理を実行する階層深さを指定する指示データを受け入れる。そして、解析処理部１３は、最外階層から、指示データにより指定された階層深さに対応する内部階層まで、選択処理を順次実行する。この結果、解析処理部１３は、対象断片の末端側の一部（末端から指定された階層深さに対応する位置までの部分）について、塩基配列や塩基修飾を決定することができる。
【０１１６】
具体的に、例えば、塩基組成処理部１１が９つの階層からなる階層構造を作成し、解析処理部１３が、選択処理を終了する内部階層を最外階層から三番目の階層と指定する指示データを受け入れた場合には、解析処理部１３は、５’端から三番目の第三階層を第一の中央階層として決定するとともに、３’端から三番目の第七階層を第二の中央階層として決定する。そして、解析処理部１３は、５’端の最外階層（第一階層）から第一の中央階層（第三階層）まで、及び３’端の最外階層（第九階層）から第二の中央階層（第七階層）まで、それぞれ各階層に属する塩基組成セットの１つを選択したところで、選択処理を終了する。なお、この場合、重み付け処理部１２は、５’端の第一階層から第三階層まで、及び３’端の第九階層から第七階層まで、それぞれ各ノードの重みを更新したところで、重み更新処理を終了することもできる。そして、解析処理部１３は、上述のように、これら選択処理の対象となった階層の各々で選択された塩基組成セット間で、対応する部分塩基配列を比較し、対応する部分塩基組成の差異を構成する塩基を特定する。こうして、解析処理部１３は、対象断片の５’端側の一部（５’端から第一中央階層に対応する位置までの部分）と、当該対象断片の３’端側の一部（３’端から第二中央階層に対応する位置までの部分）と、について、塩基配列や塩基修飾を決定することができる。
【０１１７】
また、この場合、まず出力部４０がユーザに対して、選択処理を行う階層深さを決定する上で参考になる情報を提示することもできる。すなわち、例えば、出力部４０は、対象断片の分子量や末端構造（末端塩基に付加されている官能基の種類等）等の親イオンの質量分析結果に関連する情報や、プロダクトイオンについて実測されたマススペクトル等のプロダクトイオンの質量分析結果に関連する情報、理論スペクトルと実測スペクトルとのマッチング処理の結果に関連する情報等の参考情報を表すインタフェース画像を、ディスプレイ装置に表示する。この結果、ユーザは、インタフェース画像に表された参考情報に基づいて、階層構造に含まれる全階層について選択処理を行うか又は末端側の一部の階層について選択処理を行うかを決定することができ、さらに、一部の階層についてのみ選択処理を行う場合には、選択処理の対象とする階層範囲を決定することができる。そして、入力部３０は、ユーザから、選択処理を行うべき階層範囲を指定する指示データを受け入れることとなる。
【０１１８】
このように、階層構造のうち末端の任意の一部の階層についてのみ選択処理を行うことにより、例えば、対象とする核酸の分子鎖が長い場合や、プロダクトイオンの測定に用いる質量分析計の性能や測定条件（核酸試料の量や親イオンを解離させる条件等）が不十分な場合であって、階層構造の中央付近に分類された塩基組成セットについて信頼性のある重み付けがなされない場合であっても、計算量を低減しつつ、核酸の少なくとも末端側の一部分については迅速かつ正確に、塩基配列や塩基修飾の決定を行うことができる。
【０１１９】
また、このように、核酸の末端側の一部分についてのみ塩基配列を決定した場合には、解析処理部１３は、例えば、当該一部の塩基配列と、当該核酸の全体塩基組成と、に基づいて、既知の核酸の塩基配列が登録されているデータベースに対する検索処理を行い、当該検索処理の結果に基づいて、当該核酸の全塩基配列を決定することもできる。すなわち、解析処理部１３は、例えば、ヒトのＲＮＡ断片を解析の対象とする場合には、ヒトゲノムデータベースに基づいて、ヒトゲノムのうち、その塩基組成が当該ＲＮＡ断片の全体塩基組成に対応し、且つその末端部分の塩基配列が当該ＲＮＡ断片の決定された塩基配列に対応するという検索条件を満たすゲノム部分を探索する。そして、解析処理部１３は、検索条件を満たすゲノム部分を検出した場合には、当該ゲノム部分の塩基配列に基づいて、ＲＮＡ断片の全塩基配列を決定するとともに、そのヒトゲノム上の位置を特定する。
【０１２０】
なお、このように、既知の核酸の塩基配列が登録されたデータベースに対する検索処理を行う方法として、解析処理部１３は、例えば、ＲＮＡマスフィンガープリンティング法（ＲＭＦ）を利用することができる。すなわち、解析処理部１３は、対象断片がＲＮＡ分解酵素（例えば、ＲＮＡａｓｅＴ１）を用いてヒトのＲＮＡを切断することにより作製されたヒトＲＮＡ断片である場合、まず、ヒトゲノムのデータベースに基づいて、ヒトゲノムを当該ＲＮＡ分解酵素が特異的に切断する位置（例えば、ＲＮＡａｓｅＴ１を用いた場合にはグアニン（Ｇ）の位置）で仮想的に切断することにより、仮想的なゲノム断片を作成する。すなわち、解析処理部１３は、例えば、各仮想ゲノム断片と、ヒトゲノム上における当該各仮想ゲノム断片の位置と、を関連付けた仮想断片データベースを生成する。また、解析処理部１３は、対象断片由来の親イオンの質量分析で得られた当該親イオンの分子量に基づいて、当該対象断片の全体塩基配列を決定する。さらに、解析処理部１３は、上述のようにして、対象断片の末端付近の塩基配列を決定する。また、解析処理部１３は、対象断片の作製に用いられたヒトＲＮＡ全体の長さに対応するフレーム長を、例えば、入力部３０を介してユーザから受け入れた指示データに基づいて決定する。そして、解析処理部１３は、ヒトゲノムデータベースと、仮想断片データベースと、対象断片の全体塩基組成と、対象断片の末端付近の塩基配列と、フレーム長と、に基づいて、次のようなヒトゲノムに対する検索処理を実行する。すなわち、解析処理部１３は、ヒトゲノムのうち、長さが上述のフレーム長である部分領域を検索対象として決定し、当該部分領域において、その塩基組成が上述のように決定された対象断片の全体塩基組成に対応し、且つその末端部分の塩基配列が上述のように決定された対象断片の塩基配列に対応する、という条件を満たす仮想ゲノム断片が含まれるかどうかを検索する。解析処理部１３は、ヒトゲノム上をフレーム長で走査しながら、ヒトゲノムの互いに異なる部分領域を検索対象として順次決定し、検索対象となった各部分領域について、上記の検索処理を実行する。そして、解析処理部１３は、各部分領域に含まれる少なくとも一つの仮想ゲノム断片が上記条件を満たす場合には、ヒトゲノム上で当該仮想ゲノム断片がヒットしたと判断する。この場合、解析処理部１３は、ヒットした仮想ゲノム断片のうち、ヒトゲノム中でヒットした回数（出現頻度）の少ない仮想ゲノム断片に高いスコアを付与するとともに、当該スコアを当該仮想ゲノム断片が含まれる部分領域にも付与する。なお、このスコアは、例えば、二項定理に基づいて算出した仮想ゲノム断片の出現確率から算出することができる。そして、解析処理部１３は、部分領域をスコアに基づいて順位付けし、スコアの高い部分領域に基づいて、対象断片の作製に用いられたヒトＲＮＡのヒトゲノム上における位置を決定するとともに、当該ヒトＲＮＡの全塩基配列（対象断片の全塩基配列を一部に含む）を決定する。すなわち、解析処理部１３は、例えば、スコアの最も高い部分領域がヒトＲＮＡに対応するゲノム部分であると決定し、当該部分領域の塩基配列に基づいて、対象断片を含むヒトＲＮＡの全塩基配列を決定する。
【０１２１】
次に、本プログラムに従って動作する本装置を用いて本方法を実施した具体的な例について説明する。
【０１２２】
［実施例１］
精製した大腸菌５ＳリボソームＲＮＡ分子にＲＮａｓｅＡを作用させることによりＲＮＡ断片群を作製した。このＲＮＡ断片群をＬＣ／ＭＳ質量分析計（ＬＣ−ＱｑＴＯＦ）（ＱＳｔａｒ、アプライドバイオシステムズジャパン株式会社）にて測定した。なお、以下の全ての実施例において、この質量分析計を使用した。イオン化はＥＳＩ法により行った。この測定データから、ｍ／ｚ値が「９９９．７」、価数が「−２」のイオンを、解析の対象とするＲＮＡ断片の親イオンとして選択した。そして、この親イオンを質量分析計内でＣＩＤにより解離させて、ＭＳ／ＭＳのマススペクトルを得た。ＣＩＤにおける衝突電圧（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ）は４５ｅＶとした。この親イオンのｍ／ｚ値と価数とに基づいて決定された全体塩基組成は「Ａ３ＵＧ２」であった。さらに、この全体塩基組成に基づいて、図６に示すような有向グラフを作成した。
【０１２３】
また、有向グラフに含まれるそれぞれのノードに対して、各部分塩基組成に対応するａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｗ，ｘ，ｙ，ｚのそれぞれの系列のプロダクトイオンの理論的なｍ／ｚ値を算出することで、理論スペクトルを得た。すなわち、ａ，ｂ，ｃ，ｄの５’端部分由来のプロダクトイオンについては５’端位置の部分塩基組成から、ｗ，ｘ，ｙ，ｚの３’端部分由来のプロダクトイオンについては３’端位置の部分塩基組成から、それぞれ理論的に予測ｍ／ｚ値を計算した。
【０１２４】
図１２及び図１３は、理論的に算出された予測ｍ／ｚ値を示すデータテーブルである。これらのデータテーブルにおいては、各塩基組成セットと、その５’端位置又は３’端位置の部分塩基組成に対応して生じ得るプロダクトイオンの予測ｍ／ｚ値と、が関連付けられている。すなわち、各塩基組成セットの構成と、各プロダクトイオンの系列及び価数と、各プロダクトイオンの予測ｍ／ｚ値と、が関連付けられている。なお、プロダクトイオンの分子量からｍ／ｚ値を算出する際に、価数は「−１」から親イオンの価数である「−２」までの値を用いて計算したが、塩基配列の長さが「１」のプロダクトイオン（１つの塩基から構成されるプロダクトイオン）については価数として「−１」のみを用いて計算した。
【０１２５】
そして、質量分析計のトレランスとして「０．２」を設定して、これらの理論スペクトルを実測されたマススペクトルとマッチングさせた。予測ｍ／ｚ値と実測ｍ／ｚ値との差異が「０．２」以内である場合には、当該予測ｍ／ｚ値と当該実測ｍ／ｚ値とは一致すると判断した。そして、理論スペクトルの予測ｍ／ｚ値と実測スペクトルの実測ｍ／ｚ値とがマッチした場合には、マッチした実測ピークの強度の合計をノードのスコア（重み）とした。例えば、構成が「ＡＧ：Ａ２ＵＧ」の塩基組成セットに対応するノードではａ，ｂ，ｃ，ｄ系列とｗ，ｙ，ｚ系列のプロダクトイオンに対応する理論スペクトルが、実測スペクトルの一部にマッチした。したがって、これらマッチしたピークの強度の合計をこのノードのスコアとした。この結果に基づいて、図１４に示すような、各ノードと、スコアと、を関連付けたデータテーブルを作成した。
【０１２６】
次に、ノードとノードとをつないでいるエッジのスコア付けを行った。エッジの両端に接続された一対のノードのスコアを合計することで当該エッジのスコアとした。この結果に基づいて、図１５に示すような、各エッジと、スコアと、を関連付けたデータテーブルを作成した。
【０１２７】
さらに末端の塩基が欠損した「ａ＿Ｂ」イオンについては、エッジの情報（すなわち、エッジにより接続される２つのノードに対応する塩基組成セットの構成）から当該「ａ＿Ｂ」イオンの予測ｍ／ｚ値を算出し、当該予測ｍ／ｚ値のうち、実測スペクトルにマッチするものは、マッチしたピークの強度を当該エッジのスコアに加算した。例えば、構成「Ａ：Ａ２ＵＧ２」のノードと構成「ＡＧ：Ａ２ＵＧ」のノードとをつなぐエッジから、「ＡＧ」の組成から「Ｇ」の塩基部分だけが欠落した「ａ＿Ｂ」イオンの予測ｍ／ｚ値を「４４２．０９」と算出した。図１６は、各エッジと、当該各エッジに対応する塩基欠損イオンの予測ｍ／ｚ値と、を関連付けたデータテーブルである。本実施例では、この予測ｍ／ｚ値も実測スペクトルにヒットしたので、ヒットしたピークの強度もエッジのスコアに加算した。
【０１２８】
さらに、エッジのスコアをノーマライズした。すなわち、各階層のエッジに付与されたスコアのうち最大のスコアで、当該各階層の各エッジのスコアを除した。図１７は、各エッジと、ノーマライズされたスコアと、を関連付けたデータテーブルである。
【０１２９】
そして、動的計画法を適用して、各ノードのスコアの更新処理を両端のノードから行った。図１８は、このスコアの更新処理後の、各ノードと、更新後のスコアと、当該各ノードが属する階層の番号と、を関連付けたデータテーブルである。
【０１３０】
この結果、図１９に示すような有向グラフを作成した。図１９に示すように、中央階層においては、塩基組成セット「Ａ２Ｇ：ＡＧＵ」に対応するノードが最大のスコアをもつノードとして選択された。さらに本プログラムに従ってトレースバック処理を行い、最適経路上に配置されるノードとして、中央階層である第三階層で選択されたノード「Ａ２Ｇ：ＡＧＵ」から５’端側に向けては、第二階層のノード「ＡＧ：Ａ２ＧＵ」、さらに５’端の第一階層のノード「Ａ：Ａ２Ｇ２Ｕ」の順で、また、当該中央階層のノード「Ａ２Ｇ：ＡＧＵ」から３’端側に向けては、第四階層のノード「Ａ３Ｇ：ＧＵ」、さらに３’端の第五階層のノード「Ａ３Ｇ２：Ｕ」の順で、それぞれ選択した。この結果、対象としたＲＮＡ断片の全塩基配列は「ＡＧＡＡＧＵ」と決定され、正解の全塩基配列と一致した。
【０１３１】
なお、図１９に示す、最適経路を決定した後の有向グラフにおいて、円形又は楕円形の各ノードの径は、当該各ノードのが属する階層における他のノードとの相対的なスコアを反映して、スコアが大きいほど大きな径で表示されている。また、エッジの太さは、当該エッジに付与されたスコアの大きさを反映して、スコアが大きいほど大きな太さで表示されている。また、図１９に示す有向グラフにおいては、各ノード及び各エッジを、付与されたスコアに応じた色で表示することもできる。図１９の下端部分に示すバーは、この色のグラデーションを表すスケールバーである。また、図２０は、実際に測定されたプロダクトイオンのピークのうち、最適経路を構成するノードに対応する理論スペクトルにヒットしたピークにラベルを付したＭＳ／ＭＳマススペクトルを示している。すなわち、ラベルが付されているピークは、その実測ｍ／ｚ値が予測ｍ／ｚ値にマッチしたピークである。
【０１３２】
［実施例２］
実施例１と同様の大腸菌５ｓＲＮＡをＲＮａｓｅＴ１により切断して得られたＲＮＡ断片の塩基配列を解析した。ｍ／ｚ値が「１０４４．５」、価数が「−３」の親イオンに対応するＲＮＡ断片を解析の対象とした。このＲＮＡ断片の全体塩基組成は「ＡＵ４Ｃ４Ｇ」と算出された。この親イオンからプロダクトイオンを生成する際のＣＩＤに用いた衝突電圧は５０ｅＶであった。本実施例ではエッジのスコアのノーマライズは行わなかった。解析の結果、ＲＮＡ断片の全塩基配列は「ＵＣＵＣＣＵＣＡＵＧ」と決定され、これは当該ＲＮＡ断片の実際の全塩基配列に一致した。図２１には、本実施例における最適経路決定後の有向グラフを示す。
【０１３３】
［実施例３］
全塩基配列が「ＡＵＣＧ」の合成ＲＮＡを用い、本発明のアルゴリズムにより塩基配列の解析を行った。親イオンのｍ／ｚ値は「１２２２．２」、価数は「−１」であった。全体塩基組成は「ＡＵＣＧ」と決定された。ＣＩＤにおける衝突電圧は５０ｅＶであった。ＲＮａｓｅ切断断片ではないため、予め末端塩基を決定することはできなかったが、全塩基配列を決定することができた。図２２には、最適経路決定後の有向グラフを示す。
【０１３４】
［実施例４］
塩基配列が「ＵＧＧＡＧＵＧＵＧＡＣＡＡＵＧＧＵＧＵＵＵＧＵ」である、合成されたマイクロＲＮＡ（ｍｍｕ−ｍｉＲ−１２２ａ）を解析の対象とし、当該マイクロＲＮＡの両端から予め決定した所望の長さの部分についてのみ塩基配列を解析した。すなわち、本実施例において、本装置１は、入力部３０を介して、ユーザから、解析の対象とする階層深さを指定する指示データとして、解析の対象とする末端部分の塩基数を「６」と指定する指示データを受け入れた。そして、本装置１の制御部１０は、当該指示データに基づいて、塩基数が１〜６の範囲である５’端位置の部分塩基組成を有するノードと、塩基数が１〜６の範囲である３’端位置の部分塩基組成を有するノードと、を対象として解析を行った。親イオンのｍ／ｚ値は「８３２．２」、価数は「−９」であった。全体塩基組成は「Ａ４Ｕ９ＣＧ９」と決定された。ＣＩＤにおける衝突電圧は２５ｅＶであった。本装置１は、動的計画法に基づく経路探索を有向グラフの５’端及び３’端からそれぞれ６番目の階層まで実行し、当該経路探索の結果に基づいて、マイクロＲＮＡの５’端から６残基の部分の塩基配列を「５’ＵＧＧＡＧＵ」、３’端から６残基の部分の塩基配列を「ＧＵＵＵＧＵ３’」とそれぞれ正しく決定することができた。図２３には、最適経路決定後の有向グラフを示す。
【０１３５】
［実施例５］
ＲＮａｓｅＴ１を用いて作製したＲＮＡ断片を解析の対象とした。親イオンのｍ／ｚは「９８６．２」、価数は「−２」であった。修飾基の存在を考慮しない場合と考慮した場合とで解析を行った。図２４には、修飾塩基の存在を考慮しない場合に最終的に得られた有向グラフを示す。この場合もＲＮＡ断片の全塩基配列を「ＡＣＣＵＧ」と正しく決定することができた。
【０１３６】
また、図２５には、修飾塩基の存在を考慮した補正により算出した予測ｍ／ｚ値を用いて全塩基配列及び修飾塩基の位置を決定した場合の有向グラフを示す。この場合には、ＲＮＡ断片の全塩基配列を「ＡＣＣＵＧ」と正しく決定することができるとともに、さらに修飾基としてメチル基が付加された塩基の位置を同定することができた。すなわち、図２５に示す有向グラフにおいて、ノード「ＡＣ：ＵＣＧ」の３’端位置の部分塩基組成「ＵＣＧ」の予測ｍ／ｚ値と、ノード「ＡＣ２：ＵＧ」の５’端位置の塩基組成「ＡＣ２」にメチル基分の分子量を補正した予測ｍ／ｚ値が、補正を行わない予測ｍ／ｚ値に比べて、実測ｍ／ｚ値に対して、よりマッチする（ｍ／ｚ値の差分が小さい）ことから、全塩基配列「ＡＣＣＵＧ」のうち中央のシトシン（Ｃ）にメチル基による塩基修飾があると判断した。すなわち、塩基配列が「ＡＣＣＵＧ」であるＲＮＡ断片のうち、５’端から３番目のシトシン（Ｃ）にメチル基の修飾があることを正しく検出できた。なお、図２５において、シトシン（Ｃ）に付与された「＊」印は、当該シトシン（Ｃ）塩基が修飾されていることを示す。また、図２５では図２４に比べて、上記修飾塩基を含んだ２つのノードについてより強いピーク強度が検出されたことが、当該２つのノードの径の違いによって容易に認識することができる。
【０１３７】
［実施例６］
大腸菌５ｓＲＮＡをＲＮａｓｅＴ１で消化したＲＮＡ断片群を作製し、当該ＲＮＡ断片群のうちの７つのＲＮＡ断片をＬＣ−ＱｑＴＯＦ型の質量分析計により計測し、当該各ＲＮＡ断片の全体塩基組成に基づくＲＭＦ（ＲＮＡ ＭａｓｓＦｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ）法により、大腸菌のゲノムのデータベースから、当該５ｓＲＮＡに対応する遺伝子の位置を正しく検出した例である。すなわち、質量分析により、７つのＲＮＡ断片に対応して、分子量が「２８２９．４３」、「２５４７．３５」、「２２６６．３２」、「１６５５．２５」、「１６３２．２３」、「１３０２．１９」、「１２７９．１６」である７つの親イオンが計測された。そして、７つの親イオンに対応するＲＮＡ断片の全体塩基組成はそれぞれ、「ＡＵ２Ｃ５Ｇ」、「Ａ２ＵＣ４Ｇ」、「Ａ３ＵＣ２Ｇ」、「Ａ３ＣＧ」、「Ａ２ＵＣＧ」、「Ａ１Ｃ２Ｇ」、「ＵＣ２Ｇ」と決定された。そして、大腸菌ゲノムデータベースに対して、５ｓＲＮＡの長さに対応するフレーム長のゲノム部分領域であって、塩基組成が上記７つの全体塩基組成である部分を含むゲノム部分領域を検索する処理を実行し、図２６に示す結果を得た。すなわち、図２６に示すように、大腸菌ゲノムに含まれる、図中、破線で囲まれた最も高い同一のスコアが付与された上位８つの部分領域が、正解領域として検出された。なお、ゲノム上の複数の位置に、同一配列の複製の各々が存在する場合には、このように、同一スコアの部分領域が複数検出されることがある。
【０１３８】
一方、これらのＲＮＡ断片に対して、上述のような本発明に係る解析方法を適用することにより、７つのＲＮＡ断片の全塩基配列は、それぞれ「ＵＣＣＣＡＣＣＵＧ」、「ＡＣＣＣＣＡＵＧ」、「ＡＡＣＵＣＡＧ」、「ＡＡＡＣＧ」、「ＡＡＣＵＧ」、「ＣＣＡＧ」、「ＣＣＵＧ」、と決定することができた。そして、本発明に係る解析方法の一部としてＲＭＦ法を利用して、大腸菌ゲノムデータベースに対して、５ｓＲＮＡの長さに対応するフレーム長のゲノム部分領域であって、上記７つの塩基配列を含むゲノム部分領域を検索する処理を実行することにより、図２７に示す結果を得た。すなわち、図２７に示すように、本発明により決定された塩基配列の情報を付加した検索を実行することで、ＲＭＦ法の検出感度を高めることができた。図２７においては、図２６における上位８つの部分領域のうち、図中、破線で囲まれた上位７つの部分領域を最もスコアが高い正解領域として更に抽出できた。また、これら８つの部分領域と、他の部分領域と、のスコアの差分を図２６に示した場合に比べて顕著に増加させることができ、正解候補と不正解候補とをより明確に分離することができた。
【０１３９】
［実施例７］
本発明のアルゴリズムをＲＭＦ法に組み込んでヒト７ｓｋＲＮＡの検索を行った例である。ヒト７ｓｋＲＮＡを含むＲＮＰ（ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｏｐｒｏｔｅｉｎ）を抗体を用いて免疫沈降させ、当該沈降物を精製することにより、得られた当該ヒト７ｓｋＲＮＡを含むサンプルを得た。このサンプルに対してＲＮａｓｅＴ１を用いたゲル内断片化処理を行い、断片化処理後のサンプルをＬＣ／ＭＳ質量分析計で解析することにより、６つのＲＮＡ断片の各々について、それぞれ分子量「３４６４．５」、「２８０５．４」、「２５７２．４」、「２５４８．３」、「２５２６．３」、「２５００．３」（Ｄａ）を得た。このうち、分子量「３４６４．５」と「２５４８．３」の２つのＲＮＡ断片を本発明のアルゴリズムにより解析した。その結果、２つのＲＮＡ断片の全塩基配列をそれぞれ「ＵＣＡＣＣＣＣＡＵＵＧ」、「ＣＵＵＣＣＡＡＧ」と決定することができた。そして、ＲＭＦ法を利用して、このヒト７ｓｋＲＮＡの長さに対応する３００塩基の幅（フレーム長さ）で、当該ヒト７ｓｋＲＮＡの全体塩基組成と、当該決定されたヒト７ｓｋＲＮＡの部分的な塩基配列（上記２つのＲＮＡ断片の全塩基配列）と、を有するゲノム部分をヒトゲノム上から検索した。その結果、図２８に示すように、高いスコアが付与された上位１７つのゲノム部分はすべてヒト７ｓｋ遺伝子にヒットした。一方、部分的な塩基配列の情報を使用することなく、全体塩基組成のみを用いて同様のデータベース検索を行った結果、ゲノム部分をスコアによって十分に差別化することができず、正解の塩基配列を決定することは不可能であった。
【０１４０】
なお、本発明は上述の例に限られない。すなわち、解析の対象とする核酸は、ＲＮＡやＲＮＡ断片に限られず、例えば、ＤＮＡ、ＤＮＡ分解酵素を用いて作製されたＤＮＡ断片、さらに核酸医薬等のために合成された種々の修飾核酸等、任意の核酸を解析の対象とすることができる。また、解析の対象とする核酸の長さは特に限られないが、既知配列のデータベースの検索を利用することなく核酸の全体の塩基配列を決定する上では、例えば、塩基数が２０以下の核酸（例えば、マイクロＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ）等）を好ましい対象とすることができ、塩基数が１５以下の核酸を特に好ましい対象とすることができる。ただし、この好ましい塩基数は、質量分析計の分析精度（核酸のイオン化効率も含む）が向上すれば増加させることができ、本発明による解析の対象を制限するものではない。また、２つの質量分離部を備えた質量分析計（ＭＳ／ＭＳ）のみならず、例えば、３つ以上の質量分析部を備えた質量分析計（ＭＳｎ）による質量分析を利用することにより、より塩基数の大きい核酸についても全体の塩基配列を決定することができる。すなわち、この場合、例えば、３つの質量分析部を備えた質量分析計（ＭＳ／ＭＳ／ＭＳ）を用いて、１段階目の質量分析により親イオンの測定（ＭＳ）を行い、２段階目の質量分析によりそのプロダクトイオン（子イオン）の測定（ＭＳ／ＭＳ）を行い、３段階目の質量分析により当該子イオンのプロダクトイオン（孫イオン）の測定（ＭＳ／ＭＳ／ＭＳ）を行うことによって、当該孫イオンの質量分析結果を利用して子イオンの全塩基配列を決定し、当該子イオンの質量分析結果及び全塩基配列を利用して、対象とする核酸の全塩基配列を決定することができる。また、塩基組成セットの作成に用いる全体塩基組成は、親イオンの実際の質量分析結果に基づいて決定されるものに限られず、例えば、ユーザから入力された任意の全体塩基組成とすることもできる。
【０１４１】
また、本方法に含まれる処理の順番は、処理の効率等を考慮して適宜設定することができ、互いに区別して上述した処理のうち一部を並行して実行することもできる。すなわち、例えば、本装置１の制御部１０は、本プログラムに基づいて、塩基組成セットを作成する処理、塩基組成セットの階層構造を作成する処理、塩基組成セット間の接続関係を作成する処理を順次実行することができ、また、並行して行うこともできる。具体的に、例えば、対象断片に含まれる塩基数が「ｎ」であり、当該対象断片の末端の塩基はＲＮＡ分解酵素の種類等によって特定することができず、一対の部分塩基組成から構成される塩基組成セットを作成する場合、塩基組成処理部１１は、まず、５’端位置の部分塩基組成に含まれる塩基数が「１」であり、３’端位置の部分塩基組成に含まれる塩基数が「ｎ−１」である塩基組成セットを保持したオブジェクトを生成するセット生成関数を記憶部２０から読み出す。また、塩基組成処理部１１は、アデニン（Ａ）、ウラシル（Ｕ）、シトシン（Ｃ）、グアニン（Ｇ）のうち全体塩基組成に含まれている塩基を末端塩基として決定する。そして、塩基組成処理部１１は、セット生成関数に基づいて、５’端位置の部分塩基組成が当該末端塩基１つから構成され、且つ３’端位置の部分塩基組成が全体塩基組成から当該末端塩基を除いた塩基組成である塩基組成セットを、当該５’端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない最外階層の階層番号「１」と関連付けたオブジェクトを生成し、記憶部２０に格納する。同様に、塩基組成処理部１１は、５’端位置の部分塩基組成の塩基数が「ｉ」（「ｉ」は２〜ｎの整数）であり、３’端位置の部分塩基組成に含まれる塩基数が「ｎ−ｉ」である塩基組成セットを作成するにあたって、まず、１つ小さい階層番号「ｉ−１」に関連付けられている、当該５’端位置の部分塩基組成の塩基数が１つ少ない全ての塩基組成セットを呼び出すとともに、呼び出された各塩基組成セットを構成する５’端位置の部分塩基組成及び３’位置の部分塩基組成を取り出す。さらに、塩基組成処理部１１は、階層番号「ｉ−１」に関連付けられている各塩基組成セットについて、Ａ、Ｕ、Ｃ、Ｇのうち３’端位置の部分塩基組成に含まれている塩基を移動塩基として決定する。そして、塩基組成処理部１１は、セット生成関数に基づいて、階層番号「ｉ−１」に関連付けられている各塩基組成セットの５’端位置の部分塩基組成に１つの移動塩基が追加された５’端位置の部分塩基組成と、当該各塩基組成セットの３’端位置の部分塩基組成から当該１つの移動塩基が除かれた３’端位置の部分塩基組成と、からなる塩基組成セットを、当該５’端位置の部分塩基組成の塩基数に対応する階層番号「ｉ」と関連付けたオブジェクトを新たに生成し、記憶部２０に格納する。また、塩基組成処理部１１は、階層番号「ｉ−１」に関連付けられた塩基組成セットのオブジェクトと、階層番号「ｉ」に関連付けられた塩基組成セットのオブジェクトと、の間の接続関係を保持したオブジェクトを生成し、記憶部２０に格納する。すなわち、階層番号「ｉ−１」に関連付けられた各塩基組成セットと、階層番号「ｉ」に関連付けられた塩基組成セットのうち、当該各塩基組成セットの５’端位置の部分塩基組成に１つの移動塩基が追加された５’端位置の部分塩基組成を有する塩基組成セットと、の間の接続関係を表す接続データを生成し、記憶部２０に格納する。なお、この接続関係を生成する際に、塩基組成処理部１１は、新たに作成した接続関係で接続される新たな塩基組成セットの５’端位置の部分塩基組成が、既に格納されているオブジェクトの塩基組成セットの５’端位置の部分塩基組成と一致する場合には、当該新たな塩基組成セットのオブジェクトは格納することなく、当該既に格納されていた塩基組成セットのオブジェクトとの新たな接続関係を保持するオブジェクトを生成し、記憶部２０に格納する。すなわち、塩基組成処理部１１は、１つの部分塩基組成の組に対して１つのオブジェクトを生成し、格納する。塩基組成処理部１１は、このような処理を「１」から「ｎ」までの「ｉ」について実行する。
【０１４２】
また、塩基組成セット及びノードに付与する重みは、プロダクトイオンのピーク強度に限られず、例えば、当該ピーク強度に応じて所定の関数を用いて算出される重みとすることもできる。また、この重みは、例えば、各ピーク強度に加えて、部分塩基組成について予測された質量値と各プロダクトイオンについて実測された質量値との誤差や、各部分塩基組成について予測された理論スペクトルに対する実測ピークのヒット数をも用いて決定することができる。すなわち、例えば、質量値の予測値と実測値との差分が小さいほど重みを大きくすることができる。また、例えば、親イオンの解離条件（ＣＩＤにおける解離電圧等）等に基づいて、各部分塩基組成について予測される複数の質量値（ｃ−ｙ系列、ａ−ｗ系列等の互いに異なる系列から算出される互いに異なる質量値）のうち、所定の閾値以上の強度で測定されることが期待される主要なピークに対応する質量値を注目質量値として決定し、実測スペクトルにおいて、当該注目質量値と一致する実測質量値の位置で検出されたピークの数（すなわち、ヒットした主要ピークの数）に基づいて、重みを決定することもできる。
【０１４３】
また、有向グラフにおける最適経路の探索は、動的計画法によるものに限られず、例えば、欲張りアルゴリズムや他の経路探索方法を用いることもできる。すなわち、例えば、欲張りアルゴリズムを適用する場合、解析処理部１３は、各階層に属するノードのうち、最も大きな重みが付与されているノードを選択する選択処理を、少なくとも一方の最外階層から順次実行することにより、核酸の少なくとも一方の末端塩基から塩基配列を順次決定することができる。
【０１４４】
また、塩基組成セットは、全体塩基組成を２つに分割して得られる一組の部分塩基組成から構成されるものに限られず、全体塩基組成を３つ以上に分割して得られる一組の部分塩基組成から構成されるものとすることもできる。すなわち、全体塩基組成を３つに分割して得られる一組の部分塩基組成から構成される塩基組成セットを作成する場合には、例えば、図２９、図３０に示すような有向グラフを作成することができる。
【０１４５】
図２９に示す例においては、塩基組成セットが、その両方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化されている。すなわち、この例では、各ノードに対応する塩基組成セットが有する５’端位置の部分塩基組成の塩基数と３’端位置の部分塩基組成の塩基数とは同一であり、且つ有向グラフの５’端から３’端に向けて、５’端位置の部分塩基組成及び３’端位置の部分塩基組成の両方の塩基数が１つずつ増加するよう、塩基組成セットが階層化されている。この場合、有向グラフの５’端から３’端に向けて、各階層に含まれるノードのうち１つを選択する選択処理により、解析の対象とする核酸の両末端塩基から順次塩基配列を決定することができる。
【０１４６】
また、図３０に示す例においては、塩基組成セットが、その一方の末端位置である５’端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化されている。すなわち、この例では、有向グラフの５’端から３’端に向けて、各階層に含まれるノードのうち１つを選択する選択処理により、解析の対象とする核酸の５’端塩基から順次塩基配列を決定することができる。
【０１４７】
また、本装置１は、その構成の一部として必ずしも質量分析部５０を備える必要はない。すなわち、例えば、本装置１は、質量分析計が設置されている分析室とは物理的に離隔された他の解析室に設置することができる。この場合、本装置１は、入力部３０を介して、ユーザから入力され又はＣＤ等の記録媒体から読み出される、質量分析の結果に関するデータを受け入れることができる。
【０１４８】
また、本装置１は、ＬＡＮやインターネット等のネットワークと接続することもできる。この場合、例えば、ユーザは、本装置１とネットワークを介して接続されたコンピュータを用いて、本装置１を動作させることもできる。また、本装置１の構成の一部をネットワークを介して接続することもできる。例えば、入力部３０及び出力部４０として機能するユーザのコンピュータと、制御部１０及び記憶部２０として機能するサーバコンピュータと、をネットワークを介して接続することによって本装置１を構成することもできる。また、本装置１の制御部１０と質量分析部５０とをネットワークを介して接続することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の一実施形態に係る核酸解析装置の主な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る核酸解析装置の制御部が行う主な処理を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る核酸解析方法に含まれる主な処理を示すフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態において作成される階層データの一例を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態において作成される接続データの一例を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態において作成される有向グラフの一例を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態における理論スペクトルの作成についての説明図である。
【図８】本発明の一実施形態におけるマッチング処理の一例についての説明図である。
【図９】本発明の一実施形態において作成される有向グラフの重み付け処理の一例についての説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態において作成される有向グラフのトレースバック処理の一例についての説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態において作成される有向グラフを用いた塩基配列決定の一例についての説明図である。
【図１２】本発明の一実施形態において作成されたプロダクトイオンの一部と予測質量値とを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態において作成されたプロダクトイオンの他の一部と予測質量値とを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１４】本発明の一実施形態において作成されたノードとスコアとを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の一実施形態において作成されたエッジとスコアとを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１６】本発明の一実施形態において作成された塩基欠損イオンと予測質量値とを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１７】本発明の一実施形態において作成されたエッジとノーマライズされたスコアとを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１８】本発明の一実施形態において作成されたノードと更新されたスコアとを関連付けたデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図１９】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの一例を示す説明図である。
【図２０】本発明の一実施形態で作成されたマッチング処理の結果を含むマススペクトルの一例を示す説明図である。
【図２１】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの他の一例を示す説明図である。
【図２２】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの更に他の一例を示す説明図である。
【図２３】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの更に他の一例を示す説明図である。
【図２４】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの更に他の一例を示す説明図である。
【図２５】本発明の一実施形態で作成された有向グラフの更に他の一例を示す説明図である。
【図２６】本発明の一実施形態における大腸菌ゲノムの候補領域をスコアに基づいて順位付けした結果の一例を示す説明図である。
【図２７】本発明の一実施形態における大腸菌ゲノムの候補領域をスコアに基づいて順位付けした結果の他の例を示す説明図である。
【図２８】本発明の一実施形態におけるヒトゲノムの候補領域をスコアに基づいて順位付けした結果の一例を示す説明図である。
【図２９】本発明の一実施形態において全体塩基組成を３つに分割して塩基組成セットを作成した場合の有向グラフの一例を示す説明図である。
【図３０】本発明の一実施形態において全体塩基組成を３つに分割して塩基組成セットを作成した場合の有向グラフの他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１ 核酸解析装置、１０ 制御部、１１ 塩基組成処理部、１２ 重み付け処理部、１３ 解析処理部、２０ 記憶部、３０ 入力部、４０ 出力部、５０ 質量分析部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一処理部と、
前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二処理部と、
前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三処理部と、
を含む
ことを特徴とする核酸解析装置。
【請求項２】
前記第一処理部は、前記階層構造の一方の最外階層からは、５’端位置又は３’端位置のうち一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、他方の最外階層からは、５’端位置又は３’端位置のうち他方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となるよう、前記塩基組成セットを階層化し、
前記第三処理部は、前記階層構造の前記一方の最外階層及び前記他方の最外階層の両方の最外階層から内部の階層に向けて前記接続関係を辿りながら、前記選択処理を行うことによって、前記核酸の５’端及び３’端の両末端から塩基配列を順次決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の核酸解析装置。
【請求項３】
前記第二処理部は、前記接続関係の各々により接続される一対の前記塩基組成セットに付与された重みに基づいて、前記接続関係の各々に重みを付与し、
前記第三処理部は、前記塩基組成セットの各々に付与された重みと前記接続関係の各々に付与された重みとに基づいて、前記選択処理を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の核酸解析装置。
【請求項４】
前記第一処理部は、前記塩基組成セットの各々に対応する階層化されたノードと、前記接続関係の各々に対応して前記ノードを接続するエッジと、を有する有向グラフを作成し、
前記第三処理部は、前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記有向グラフの前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する階層側の末端から最適経路を探索することにより、前記選択処理を行う
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の核酸解析装置。
【請求項５】
前記第三処理部は、動的計画法を適用して、前記選択処理を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の核酸解析装置。
【請求項６】
前記第一処理部は、前記有向グラフの一方端からは、対応する前記塩基組成セットの５’端位置又は３’端位置のうち一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、前記有向グラフの他方端からは、対応する前記塩基組成セットの５’端位置又は３’端位置のうち他方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となるよう、前記ノードを階層化し、
前記第三処理部は、前記有向グラフの前記一方端及び前記他方端の両端から内部に向けて動的計画法を適用して前記エッジを辿りながら、前記選択処理を行うことによって、前記核酸の５’端及び３’端の両末端から塩基配列を順次決定する
ことを特徴とする請求項５に記載の核酸解析装置。
【請求項７】
前記第二処理部は、前記部分塩基組成の各々について、前記対応したプロダクトイオンの質量分析において、前記対応したプロダクトイオンに修飾塩基が含まれないと仮定した場合に予測される第一の予測質量値と、前記対応したプロダクトイオンに修飾塩基が含まれると仮定した場合に予測される第二の予測質量値と、を作成し、前記第一の予測質量値及び前記第二の予測質量値の各々と、前記実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記部分塩基組成の各々に重みを付与する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の核酸解析装置。
【請求項８】
前記第二処理部は、前記部分塩基組成の各々について、前記第一の予測質量値及び前記第二の予測質量値の各々と、前記実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記対応したプロダクトイオンに前記修飾塩基が含まれるか否かを判断し、前記対応したプロダクトイオンに前記修飾塩基が含まれると判断した場合には、前記部分塩基組成の各々に、前記修飾塩基に関する修飾情報を関連付けて保持し、
前記第三処理部は、前記階層構造の隣接する階層間で、前記選択された塩基組成セットにおいて前記修飾情報が関連付けられている部分塩基組成の位置が移動するか否かの判断結果に基づいて、前記核酸に含まれる修飾塩基の位置を決定する
ことを特徴とする請求項７に記載の核酸解析装置。
【請求項９】
核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一ステップと、
前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二ステップと、
前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三ステップと、
を含む
ことを特徴とする核酸解析方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一手順と、
前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二手順と、
前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三手順と、
を実行させる
ことを特徴とする核酸解析プログラム。
【請求項１】
核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一処理部と、
前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二処理部と、
前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三処理部と、
を含む
ことを特徴とする核酸解析装置。
【請求項２】
前記第一処理部は、前記階層構造の一方の最外階層からは、５’端位置又は３’端位置のうち一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、他方の最外階層からは、５’端位置又は３’端位置のうち他方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となるよう、前記塩基組成セットを階層化し、
前記第三処理部は、前記階層構造の前記一方の最外階層及び前記他方の最外階層の両方の最外階層から内部の階層に向けて前記接続関係を辿りながら、前記選択処理を行うことによって、前記核酸の５’端及び３’端の両末端から塩基配列を順次決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の核酸解析装置。
【請求項３】
前記第二処理部は、前記接続関係の各々により接続される一対の前記塩基組成セットに付与された重みに基づいて、前記接続関係の各々に重みを付与し、
前記第三処理部は、前記塩基組成セットの各々に付与された重みと前記接続関係の各々に付与された重みとに基づいて、前記選択処理を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の核酸解析装置。
【請求項４】
前記第一処理部は、前記塩基組成セットの各々に対応する階層化されたノードと、前記接続関係の各々に対応して前記ノードを接続するエッジと、を有する有向グラフを作成し、
前記第三処理部は、前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記有向グラフの前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する階層側の末端から最適経路を探索することにより、前記選択処理を行う
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の核酸解析装置。
【請求項５】
前記第三処理部は、動的計画法を適用して、前記選択処理を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の核酸解析装置。
【請求項６】
前記第一処理部は、前記有向グラフの一方端からは、対応する前記塩基組成セットの５’端位置又は３’端位置のうち一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となり、また、前記有向グラフの他方端からは、対応する前記塩基組成セットの５’端位置又は３’端位置のうち他方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順となるよう、前記ノードを階層化し、
前記第三処理部は、前記有向グラフの前記一方端及び前記他方端の両端から内部に向けて動的計画法を適用して前記エッジを辿りながら、前記選択処理を行うことによって、前記核酸の５’端及び３’端の両末端から塩基配列を順次決定する
ことを特徴とする請求項５に記載の核酸解析装置。
【請求項７】
前記第二処理部は、前記部分塩基組成の各々について、前記対応したプロダクトイオンの質量分析において、前記対応したプロダクトイオンに修飾塩基が含まれないと仮定した場合に予測される第一の予測質量値と、前記対応したプロダクトイオンに修飾塩基が含まれると仮定した場合に予測される第二の予測質量値と、を作成し、前記第一の予測質量値及び前記第二の予測質量値の各々と、前記実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記部分塩基組成の各々に重みを付与する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の核酸解析装置。
【請求項８】
前記第二処理部は、前記部分塩基組成の各々について、前記第一の予測質量値及び前記第二の予測質量値の各々と、前記実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記対応したプロダクトイオンに前記修飾塩基が含まれるか否かを判断し、前記対応したプロダクトイオンに前記修飾塩基が含まれると判断した場合には、前記部分塩基組成の各々に、前記修飾塩基に関する修飾情報を関連付けて保持し、
前記第三処理部は、前記階層構造の隣接する階層間で、前記選択された塩基組成セットにおいて前記修飾情報が関連付けられている部分塩基組成の位置が移動するか否かの判断結果に基づいて、前記核酸に含まれる修飾塩基の位置を決定する
ことを特徴とする請求項７に記載の核酸解析装置。
【請求項９】
核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一ステップと、
前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二ステップと、
前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三ステップと、
を含む
ことを特徴とする核酸解析方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
核酸の全体塩基組成に基づいて、各々が一組の部分塩基組成から構成される、複数の塩基組成セットを作成するとともに、前記塩基組成セットが、その少なくとも一方の末端位置の部分塩基組成の塩基数の昇順に階層化された階層構造を作成し、さらに前記塩基組成セットの各々と、その前記末端位置の部分塩基組成に塩基を１つ追加した部分塩基組成を前記末端位置に有する他の塩基組成セットと、の間に接続関係を作成する第一手順と、
前記部分塩基組成の各々について、対応したプロダクトイオンの質量分析において得られることが予測される質量値を算出するとともに、前記予測される質量値と、前記核酸由来のプロダクトイオンの質量分析において実際に得られた質量値と、の比較に基づいて、前記塩基組成セットの各々に重みを付与する第二手順と、
前記塩基組成セットの各々に付与された重みに基づいて、前記階層構造の前記末端位置の部分塩基組成の塩基数が最も少ない前記塩基組成セットが属する最外階層から前記接続関係を辿りながら、各階層に属する塩基組成セットのうち１つを選択する選択処理を行うことによって、前記核酸の前記末端位置に対応する少なくとも一方の末端から塩基配列を順次決定する第三手順と、
を実行させる
ことを特徴とする核酸解析プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００９−３１１２８（Ｐ２００９−３１１２８Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９５５５５（Ｐ２００７−１９５５５５）
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「機能性ＲＮＡプロジェクト」に係る委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（５００５３５３０１）社団法人バイオ産業情報化コンソーシアム (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「機能性ＲＮＡプロジェクト」に係る委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（５００５３５３０１）社団法人バイオ産業情報化コンソーシアム (22)
【Ｆターム（参考）】
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