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抗がん剤としてのα-ラクトアルブミンの理論的研究

Research Project

Project/Area Number 16J05827
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Life / Health / Medical informatics
Research InstitutionCenter for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences (2018)
Okazaki Research Facilities, National Institutes of Natural Sciences (2016-2017)

Principal Investigator

西澤 宏晃  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2019-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2016: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywordsアミロイドβ / 生体分子 / DFTB法 / 分子動力学 / QM/MM / 金属含有生体分子 / DFTB / MD / α-ラクトアルブミン / 量子・古典混合法 / QM/MM法 / 周期境界条件 / 並列化
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題で開発を行ってきた密度汎関数強束縛(DFTB)法を基とした,量子・古典混合計算手法をアミロイドβの1番目から16番目の残基(Aβ(1-16))からなる分子とZnを含む系に対して適用した。Aβ繊維はアルツハイマー病の原因物質と考えられているが,CuやZnなどの金属イオンの存在下で,その凝集が促進されることが実験により知られている。この際,Aβ(1-16)分子のHisやTyrが金属イオンと結合すると考えられている。この系に対してDFTB法を用いることで実験結果のサポートができると考えられる。
昨年度はシミュレーション中のスナップショットから得られた結果を解析したが,本年度は計算を進め統計的な解析を行った。その結果,古典MDでも示されたGlu,Aspの負に帯電した残基,さらにHis13がZnに多く接近した。一方,His6,His14やTyrはほとんど接近しないことが分かった。次に,His13が選択的にZnと接触した理由を解析するために,隣り合う残基の二面角を求めた。本シミュレーションの結果では隣接残基の側鎖はほとんどの場合で90度以上ずれていた。このことから,たとえば負の電荷を持つAsp7にZnが引き寄せられた場合,隣接するHis6の側鎖はAsp7の側鎖との立体反発により,Znと結合できないということが考えられる。一方,His13に関しては負電荷を持つGlu11との間にVal12を挟むために,Glu11が引き寄せたZnと結合できる確率が高くなると考えられる。このように,実験ではどのHisにZnが接近しているという詳細な情報は得られていなかったが,今回の結果によりHis13が選択的にZnと結合しているという予測を行うことができた。本手法は安価に量子効果を含んだシミュレーションを行うことができるため,多くの生体分子や材料に対して詳細な解析が可能になることが見込まれる。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Classical Molecular Dynamics Simulation to Understand Role of a Zinc Ion for Aggregation of Amyloid-β Peptides2018

    • Author(s)
      Hiroaki Nishizawa and Hisashi Okumura
    • Journal Title

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      Volume: 17 Issue: 1 Pages: 76-79

    • DOI

      10.2477/jccj.2018-0005

    • NAID

      130006555813

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Three Pillars for Realizing Quantum Mechanical Molecular Dynamics Simulations of Huge Systems: Divide-and-Conquer, Density Functional Tight-Binding, and Massively Parallel Computation2016

    • Author(s)
      H. Nishizawa, Y. Nishimura, M. Kobayashi, S. Irle, H. Nakai
    • Journal Title

      J. Comput. Chem.

      Volume: 37 Issue: 21 Pages: 1983-1992

    • DOI

      10.1002/jcc.24419

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Rapid QM/MM approach for biomolecular systems under periodic boundary conditions: Combination of the density-functional tight-binding theory and particle mesh Ewald method2016

    • Author(s)
      Hiroaki Nishizawa and Hisashi Okumura
    • Journal Title

      J. Comput. Chem.

      Volume: 37 Issue: 31 Pages: 2701-2711

    • DOI

      10.1002/jcc.24497

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] QM/MM analysis of the initial aggregation of amyloid-β peptides2018

    • Author(s)
      西澤宏晃,奥村久士
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical Assessment of the Role of a Zinc Ion in Amyloid-β Aggregation2018

    • Author(s)
      Hiroaki Nishizawa, Hisashi Okumura
    • Organizer
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第6回国際シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アミロイドβ凝集における亜鉛イオンの役割の計算解析2018

    • Author(s)
      西澤宏晃,奥村久士
    • Organizer
      スーパーコンピュータワークショップ2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of the rapid QM/MM molecular dynamics method based on the density-functional tight-binding theory2017

    • Author(s)
      Hiroaki Nishizawa
    • Organizer
      2017 NCTS March Workshop on Critical Phenomena and Complex Systems
    • Place of Presentation
      台北(中国)
    • Year and Date
      2017-03-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 生体分子の分子動力学計算を取り扱う高速なQM/MM理論の開発2017

    • Author(s)
      西澤宏晃,奥村久士
    • Organizer
      スーパーコンピュータワークショップ2016
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県・岡崎市)
    • Year and Date
      2017-02-01
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] DEVELOPMENT OF THE NEW QM/MM THEORY FOR RAPID BIOMOLECULAR SIMULATIONS2017

    • Author(s)
      Hiroaki Nishizawa, Hisashi Okumura
    • Organizer
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第5回国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 駒場キャンパス(東京都・目黒区)
    • Year and Date
      2017-01-21
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 密度汎関数強束縛法に基づく大規模分子動力学計算手法の開発2017

    • Author(s)
      西澤宏晃
    • Organizer
      研究会「凝集系の理論化学2017」
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 生体分子動力学のための高速なQM/MM理論の開発2017

    • Author(s)
      西澤宏晃,奥村久士
    • Organizer
      第44回生体分子科学討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Acceleration of QM/MM molecular dynamics for metal-containing large biomolecules2017

    • Author(s)
      Hiroaki Nishizawa, Hisashi Okumura
    • Organizer
      19th IUPAC congress and 11th EBSA congress
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 密度汎関数強束縛法を用いた金属イオンによる生体分子凝集に対する理論的研究2017

    • Author(s)
      西澤宏晃,奥村久士
    • Organizer
      第11回分子科学討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Computational analysis of the role of a zinc ion in the amyloid-β aggregation2017

    • Author(s)
      Hiroaki Nishizawa, Hisashi Okumura
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] QM/MM分子動力学法を用いた金属イオン存在下でのアミロイドβ凝集に対する理論的研究2017

    • Author(s)
      西澤宏晃,奥村久士
    • Organizer
      第31回分子シミュレーション討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 周期境界条件下での高速なQM/MM理論の開発2016

    • Author(s)
      西澤宏晃,奥村久士
    • Organizer
      第30回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      大阪大学 豊中キャンパス(大阪府・豊中市)
    • Year and Date
      2016-11-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of rapid QM/MM approach for biomolecular simulations2016

    • Author(s)
      Hiroaki Nishizawa, Hisashi Okumura
    • 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] 密度汎関数強束縛法を用いた高速なQM/MM計算理論の開発2016

    • Author(s)
      西澤宏晃,奥村久士
    • Organizer
      第10回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      神戸ファッションマート(兵庫県・神戸市)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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