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神経ペプチドの体系的なデータベースの構築と機械学習法を用いたその構造傾向性の予測

Research Project

Project/Area Number 15F15080
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Genome biology
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

黒田 裕  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10312240)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) TAMBI RICHA  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2015-07-29 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords膵島アミロイドペプチド / 全原子 / β構造 / 分子動力学シミュレーション / 高速専用計算機 / タンパク質ドメイン / 構造予測 / 機械学習 / サポートベクターマシン
Outline of Annual Research Achievements

昨年度に引き続き、神経ペプチドである膵島アミロイドポリペプチド(IAPP)のアミロイド形成能を理化学研究所QBiCとの共同研究で調査した。二型糖尿病の原因物質であるとされるヒト由来のIAPPは全長で37残基である。IAPPの23~29残基目からなる配列断片(FGAILSS;以下、7残基ペプチド断片)がアミロイド形成能を持ち、細胞毒性も有すると報告されている。本計画では7残基断片がアミロイドを形成することに注目し、27個の7残基ペプチドと約3万個の水分子を含む系の全原子分子動力学(MD)シミュレーションを世界に先立って実施した。シミュレーションでは、野生型配列とAlanine scanning法によって配列中の各アミノ酸をアラニンに置換した7種類の変異体(計8種類のペプチド)の100ナノ秒のMDシミュレーションを実施した。計算には理化学研究所のMDGRAPE-3を最大32コア並列に使用し、一配列あたりの計算時間が約5カ月で、60GBのデータを生成した。その結果、全8種類の7残基ペプチド断片は会合したが、野生型IAPPではアミロイド凝集の典型的なβ構造が多く形成されていた(約12%の残基がベータ→βブリッジ構造を形成していた)。一方、変異配列ではβ構造の割合は3~8%に留まっていた。この結果は、Gazit Eら(2001)の実験結果とよく一致しており、MDシミュレーションを用いてペプチドのアミロイド形成を再現できることを初めて示す結果となった。さらに、隠しマルコフモデルなどを用いた統計的な解析を実施した結果、ペプチド間の疎水性残基間の相互作用がアミロイド形成の初期に重要な役割を果たすことが示唆された。研究成果は、国内学会で2回報告しており、英文査読付き科学雑誌での論文発表も準備している。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Fast H-DROP: A thirty times accelerated version of H-DROP for interactive SVM-based prediction of helical domain linkers2017

    • Author(s)
      Richa Tambi, Shoichi Ide, Teppei Ebina, Yutaka Kuroda
    • Journal Title

      Journal of Computer-Aided Molecular Design

      Volume: 31(2) Issue: 2 Pages: 237-244

    • DOI

      10.1007/s10822-016-9999-8

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Amorphous protein aggregation monitored using fluorescence self-quenching2016

    • Author(s)
      Hiroki Jozawa, Golam M Kabir, Tamotsu Zako, Mizuo Maeda, Kazuhiro Chiba, Yutaka Kuroda
    • Journal Title

      FEBS Lett.

      Volume: 590(20) Issue: 20 Pages: 3501-3509

    • DOI

      10.1002/1873-3468.12439

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] All-atom molecular dynamics analysis of multi-peptide systems reproduces peptide solubility in line with experimental observations2016

    • Author(s)
      Yutaka Kuroda, Atsushi Suenaga, Yuji Sato, Satoshi Kosuda, Makoto Taiji
    • Journal Title

      Scientific Reports 6

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 19479-19479

    • DOI

      10.1038/srep19479

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] All-atoms molecular dynamics analysis of the basic amyloidogenic fragment of IAPP2017

    • Author(s)
      Richa Tambi, Gentaro Morimoto, Makoto Taiji, Yutaka Kuroda
    • Organizer
      第6回日本生物物理学会関東支部会
    • Place of Presentation
      早稲田大学先端生命医科学センター(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2017-03-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 蛋白質工学を用いた会合と溶解性の最新の研究2016

    • Author(s)
      赤沼哲史、黒田裕
    • Organizer
      第54回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ペプチド溶解性の全原子分子動力学シミュレーション及びその実験的検証2016

    • Author(s)
      黒田裕
    • Organizer
      第54回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular dynamics simulations of the basic amyloidogenic unit of IAPP2016

    • Author(s)
      Richa Tambi, Satoshi Kosuda, Gentaro Morimoto, Makoto Taiji, Yutaka Kuroda
    • Organizer
      第54回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Standalone definition of putatively independent structural domain: IS-Dom2016

    • Author(s)
      Soichiro Ide, Teppei Ebina, Richa Tambi, Yutaka Kuroda
    • Organizer
      第54回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Plant-PrAS: a database of physicochemical and structural properties and the comparative analysis in plant proteomes2016

    • Author(s)
      Atsushi Kurotani, Alexander Tokmakov, Yutaka Kuroda, Kazuo Shinozaki, Tetsuya Sakurai
    • Organizer
      第57回植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      岩手大学上田キャンパス(岩手県盛岡市)
    • Year and Date
      2016-03-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] ペプチド溶解性の分子動力学シミュレーション2016

    • Author(s)
      黒田裕
    • Organizer
      第5回日本生物物理学会関東支部会
    • Place of Presentation
      (財)桐生地域地場産業振興センター(群馬県桐生市)
    • Year and Date
      2016-03-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子動力学シミュレーションを用いたタンパク質・ペプチドの溶解性解析2016

    • Author(s)
      黒田裕
    • Organizer
      大阪大学 蛋白質研究所セミナー:構造を基盤とする蛋白質科学における未解決問題
    • Place of Presentation
      東京大学先端科学技術研究センター(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-01
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 格子モデルを用いたタンパク質凝集のシミュレーション2016

    • Author(s)
      河村直樹, 鈴木涼祐, 黒田裕
    • Organizer
      大阪大学 蛋白質研究所セミナー:構造を基盤とする蛋白質科学における未解決問題
    • Place of Presentation
      東京大学先端科学技術研究センター(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-01
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 機械学習法SVMを用いたヘリカルリンカー予測機H-DROP2016

    • Author(s)
      井出宗一郎, Tambi Richa, 鈴木涼祐, 蝦名鉄平, 黒田裕
    • Organizer
      大阪大学 蛋白質研究所セミナー:構造を基盤とする蛋白質科学における未解決問題
    • Place of Presentation
      東京大学先端科学技術研究センター(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-01
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 多数ペプチドから成る系の全原子分子動力学シミュレーションによるペプチド溶解性2015

    • Author(s)
      黒田裕, 佐藤雄士, 末永敦, 泰地真弘人
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Accelerated H-DROP: An SVM based Helical Domain linker pRedictor trained with OPtimized features2015

    • Author(s)
      Tambi Richa, Ide Soichiro, Suzuki Ryosuke, Ebina Teppei, Kuroda Yutaka
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 全原子 MD シミュレーションによるアラニンスキャニング変異を導入したアミロイド形成ペプチドの凝集解析2015

    • Author(s)
      小須田慧司, 末永敦, 森本元太郎, 泰地真弘人, 黒田裕
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Peptides solubility estimated by all-atom molecular dynamics simulation of multipeptide systems concur with experimental values2015

    • Author(s)
      Yutaka Kuroda
    • Organizer
      IUPAC 45th World Chemistry Congress
    • Place of Presentation
      釜山(韓国)
    • Year and Date
      2015-08-07
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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