A Method for Extracting Protein Molecular Surface Motifs and Its Implementation on Parallel Computers

蛋白質の機能に関連する特徴的な構造パターンはモチーフとして知られている.本論文では,蛋白質 の機能に密接に関連した分子表面に着目して表面モチーフを定義し,これを抽出する方式 SUMOMO を提案する.蛋白質分子表面の表現には,属性付き法線ベクトルを用いることにより,表面の物性に 加え,窪み・突起といった大局的な構造の取扱いを可能とする.さらに,属性付き法線ベクトルのペ アとしてモデル化した微小な表面(単位表面)を単位として,その逐次的結合処理を繰り返し実行す ることで,任意の形状・規模を持つ表面モチーフの抽出を実現している.実装にあたり,マスタ・ワー カモデルを用いた並列処理により,入力蛋白質の増加にともなうモチーフ抽出処理の計算量増加に対 応した.マスタがワーカごとに処理する蛋白質を別々に割り当て,使用メモリの削減を図るとともに, 抽出されるモチーフを管理する効率的な並列処理を実現した.5種類の既知のモチーフを持つ 18個の 蛋白質に SUMOMO を適用した結果,抽出された表面モチーフ中に 5 つのモチーフがすべて含まれ ていた.1 台のマスタと 5 台のワーカからなる並列 SUMOMO を用いて 30 個の蛋白質からモチー フ抽出を行った結果,約 3.1 倍の処理速度向上となり,メモリ使用量は 5 分の 1 に削減できた.

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