キャスプ

構造予測の重要評価( CASP ) は、タンパク質構造予測の重要評価とも呼ばれ、 1994 年以来 2 年ごとに開催されている、コミュニティ全体による世界規模のタンパク質構造予測実験です。 ^{[ 1 ] [ 2 ]} CASP は、研究グループに構造予測方法を客観的にテストする機会を提供し、研究コミュニティとソフトウェア ユーザーにタンパク質構造モデリングの最先端に関する独立した評価を提供します。CASP の主な目標は、アミノ酸配列からタンパク質の三次元構造を特定する方法の進歩を支援することですが、多くの人はこの実験をこの科学分野の「世界選手権」と見ています。世界中から 100 を超える研究グループが定期的に CASP に参加しており、実験のためにサーバーを準備し、詳細な予測を実行することに集中するため、グループ全体が他の研究を数か月中断することも珍しくありません。

予測者がタンパク質の構造に関する事前情報によって有利になることがないようにするためには、実験を二重盲検法で実施することが重要です。つまり、予測者も主催者や評価者も、予測が行われる時点で対象タンパク質の構造を知りません。構造予測の対象は、X線結晶構造解析やNMR分光法によって間もなく解明される構造、または（主に構造ゲノミクスセンターのいずれかによって）解明され、タンパク質データバンクによって保留されている構造です。与えられた配列が、既知の構造を持つタンパク質配列（テンプレートと呼ばれる）と共通の祖先によって関連していることが判明した場合、比較タンパク質モデリングを使用して三次構造を予測することができます。テンプレートは、配列アライメント法（BLASTやHHsearchなど）またはタンパク質スレッディング法を使用して見つけることができます。後者は、遠縁のテンプレートを見つけるのに適しています。そうでなければ、de novoタンパク質構造予測（例：Rosetta）を適用する必要がありますが、これは信頼性ははるかに低いものの、正しいフォールドを持つモデルが得られることがあります（通常、100～150アミノ酸未満のタンパク質の場合）。ターゲットの中で真に新しいフォールドは非常にまれになりつつあり、^{[ 3 ] [ 4 ]}そのカテゴリーは望ましいよりも小さくなっています。

評価の主な方法^{[ 5 ]}は、予測されたモデルのα炭素の位置とターゲット構造のα炭素の位置を比較することです。比較は、図に示すように、モデルと構造のアライメントにおける同等のα炭素のペア間の距離の累積プロットによって視覚的に示され（完璧なモデルは全体にわたってゼロのままです）、ターゲットに対するモデル内の適切にモデル化された残基の割合を表す数値スコアGDT-TS（Global Distance Test—Total Score）が割り当てられます。 ^{[ 6 ]}数値スコアは最も困難なケースで緩やかな類似性を見つけるのにあまり役立たないため、フリーモデリング（テンプレートフリー、またはde novo）も評価者によって視覚的に評価されます。^{[ 7 ]}高精度テンプレートベースの予測は、CASP7 で、ターゲット結晶構造の分子置換位相決定に有効かどうかによって評価され^{[ 8 ]}、成功例は後に追跡されました^{[ 9 ]。}また、CASP8 では、フルモデル ( α 炭素だけでなく) のモデル品質とターゲットとのフルモデルの一致によって評価されました^{[ 10 ] 。}

結果の評価は、以下の予測カテゴリーで行われます。

• 三次構造予測（すべてのCASP）
• 二次構造予測（CASP5以降は廃止）
• 構造複合体の予測（CASP2のみ。このテーマについては別の実験であるCAPRIが実施している）
• 残基間接触予測（CASP4開始）
• 無秩序領域の予測（CASP5開始時）
• ドメイン境界予測（CASP6～CASP8）
• 関数予測（CASP6開始時）
• モデル品質評価（CASP7より）
• モデルの改良（CASP7から開始）
• 高精度テンプレートベース予測（CASP7より）

三次構造予測のカテゴリーはさらに細分化され、以下のカテゴリーに分類された。

• ホモロジーモデリング
• フォールド認識（タンパク質スレッディングとも呼ばれるが、スレッディングは方法であるため、この名称は不正確であることに注意）
• 新規構造予測は、現在では「ニューフォールド」と呼ばれており、多くの手法では、人工ニューラルネットワークなどの天然タンパク質構造の知識によって偏りのある評価またはスコアリング関数が適用されます。

CASP7以降、手法の発展を反映するためにカテゴリーが再定義されました。「テンプレートベースモデリング」カテゴリーには、以前の比較モデリング、相同フォールドベースモデル、および類似フォールドベースモデルの一部が含まれます。「テンプレートフリーモデリング（FM）」カテゴリーには、これまで見たことのないフォールドを持つタンパク質のモデルと、ハード類似フォールドベースモデルが含まれます。テンプレートフリーターゲットの数が限られているため（非常にまれです）、2011年にいわゆるCASP ROLLが導入されました。この継続的な（ローリング）CASP実験は、通常のCASP予測シーズン外のより多くのターゲットを評価することにより、テンプレートフリー予測手法をより厳密に評価することを目的としています。LiveBenchやEVAとは異なり、この実験はCASPのブラインド予測の精神に基づいています。つまり、すべての予測はまだ未知の構造に対して行われます。^{[ 11 ]}

CASPの結果は、科学誌Proteinsの特別増刊号に掲載されており、すべてCASPのウェブサイトからアクセスできます。^{[ 12 ]}これらの増刊号の冒頭の記事では実験の詳細が説明され^{[ 13 ] [ 14 ]} 、最後の記事ではその分野の進歩が評価されます。^{[ 15 ] [ 16 ]}

2018 年 12 月、CASP13 はDeepMindが作成した人工知能プログラムAlphaFoldが優勝したことで話題になりました。^{[ 17 ]} 2020 年 11 月、改良版の AlphaFold 2 が CASP14 で優勝しました。^{[ 18 ]} CASP の共同創設者の 1 人である John Moult によると、AlphaFold は中程度の難易度のタンパク質ターゲットの予測精度を 100 点満点で評価し、約 90 点を獲得しました。^{[ 19 ]} AlphaFold は 2021 年にオープンソース化され、2022 年の CASP15 では DeepMind は参加しませんでしたが、上位のチームのほぼすべてが AlphaFold または AlphaFold の改良版を使用しました。^{[ 20 ]}

2025年までは、このコンテストの資金は国立衛生研究所からの助成金によって提供されていました。^{[ 21 ] [ 22 ]}しかし、トランプ政権による予算削減のため、NIHは2025年にこのプログラムへの資金提供を更新しませんでした。^{[ 22 ]} Google DeepMindが暫定的な資金提供を行うために介入するまで、このコンテストは閉鎖寸前でした。 ^{[ 23 ]}

• 相互作用予測の批判的評価（CAPRI）
• 機能注釈の批判的評価（CAFA）
• ゲノム解釈の批判的評価（CAGI）

• 公式サイト
• キャスプロール
• FORCASPフォーラム（2020年12月1日アーカイブ）