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2011 Fiscal Year Annual Research Report

分子階層でのシミュレーション基盤技術研究

Planned Research

Project AreaEstablishment of Integrative Multi-level Systems Biology and its Applications
Project/Area Number 22136005
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

木下 賢吾  東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (60332293)

Keywords構造モデリング / 分子動力学法 / ブラウニアン動力学 / 生命情報科学 / 膜タンパク質
Research Abstract

すべての生命現象は個々の物理化学的な相互作用の集積でできあがっており、マクロな生理学的現象を理解するのにも分子レベルの理解が欠かせない現象は多い。本研究では、マクロなレベルの生理現象の理解のための分子レベルの振る舞いの研究を行う。具体的には、分子論的なシミュレーションが十分になされていないヒトのチャネルタンパク質のモデル構築からスタートし、分子シミュレーション及び、一階層上のイオンの透過率の定量的計算までを行う基盤を確立し、薬剤やアミノ酸の点変異がイオンチャネルのマクロな機能に与える影響を明らかにする事をめざす。本年度は、hERGチャネルタンパク質より一回り小さいモデルタンパク質としてVSOPを選んで、モデル化とシミュレーションを開始した。並行して、すでに構造が分かっているタンパク質としてkV1.2のシミュレーションを行い、モデルと実際の構造での差違を調べる事とした。kV1.2のシミュレーションに関しては、複数の電圧と異なるイオン濃度で合計3μ秒という長時間シミュレーションを行う事ができた。結果として、従来、透過率を稼ぐために行われていたイオン濃度を高くしたシミュレーションでは、生理条件下とは異なる透過メカニズムになっていることを見いだすことができた。
一方平行して、より長時間のシミュレーションに適したブラウン動力学シミュレーションを行ったが、高い精度を得るには至っていない。そこで、長時間のkV1.2のシミュレーション結果を利用して、状態遷移モデルによる新しい解析手法の開発を行い、短い時間のMDから長時間シミュレーションと同様の結果を得られるかどうかの検討を開始した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

BDが思ったほど精度が出なかった点では遅れているとも言えるが、遷移状態モデルという新しい解析手法を開発することができたので、当初考えていたのとは少し手法が変わる可能性が出てきたが、概ね順調に目標には向かっていると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

新しく開発を行った遷移状態モデルによるシミュレーション結果の解析を利用して、MDの問題点であった長時間シミュレーションでのイオン透過の様子をモデル化出来るかどうかを検討する。また、VSOPやhERGでのホモロジーモデリングの精度をさらに高め、モデル構造で信頼性の高いシミュレーションを実現する。

  • Research Products

    (6 results)

All 2011

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Community-wide assessment of protein-interface modeling suggests improvements to design methodology2011

    • Author(s)
      SJ Fleishman, TA Whitehead, EM Strauch, JE Com, S Qin, HX Zhou, JC Mitchell, ON Demerdash, M Takeda-Shitaka, G Terashi, IH Moal, X Li, PA Bates, M Zacharias, H Park, JS Ko, H Lee, C Seok, T Bourquard, J Bernauer, A Poupon, J Aze, S Soner, SK Ovali, P Ozbek, NB Tal, T Haliloglu, H Hwang, T Vreven, BG Pierce, Z Weng, L Perez-Cano, C Pons, J Fernandez-Recio, F Jiang, F Yang, X Gong, L Cao, X Xu, B Liu, P Wang, C Li, C Wang, CH Robert, M Guharoy, S Liu, Y Huang, L Li, D Guo, Y Chen, Y Xiao, N London, Z Itzhaki, O Schucler-Furman, Y Inbar, V Potapov, M Cohen, G Schreiber, Y Tsuchiya, E Kanamori, DM Standley, H Nakamura, K Kinoshita, CM Driggers, RG Hall, JL Morgan, VL Hsu, J Zhan, Y Yang, Y Zhou, PL Kastritis, AM Bonvin, W Zhang, CJ Camacho, KP Kilambi, A Sircar, JJ Gray, M Ohue, N Uchikoga, Y Matsuzaki, T Ishida, Y Akiyama, R Khashan, S Bush, D Fouches, A Tropsha, J Esquivel-Rodriguez, D Kihara, PB Stranges, R Jacak, B Kuhlman, SY Huang, X Zou, SJ Wodak, J Janin, D Baker
    • Journal Title

      Journal of Molecular Biology

      Volume: volume414 Pages: 289-382

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Assessing the utility of gene co-expression stability in combination with correlation in the analysis of protein-protein interaction networks2011

    • Author(s)
      A Patil, K Nakai, K Kinoshita
    • Journal Title

      BMC genomics

      Volume: 12 Pages: S19(11pages)

    • DOI

      10.1186/1471-2164-12-S3-S19

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Absolute quality evaluation of protein model structures using statistical potentials with respect to the native and reference states2011

    • Author(s)
      M Shirota, T Ishida, K Kinoshita
    • Journal Title

      Proteins

      Volume: 79 Pages: 1550-1563

    • DOI

      10.1002/prot.22982

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Seeing in silico is believing, Brief introduction and some recent topics in bioinformatics2011

    • Author(s)
      K Kinoshita
    • Organizer
      The 12^<th>, RIES-Hokudai International Symposium
    • Place of Presentation
      Chateraise Gateaux Kingdom Sapporo(招待講演)
    • Year and Date
      2011-11-22
  • [Presentation] Illuminating the background and capabilities of statistical potentials of protein structures2011

    • Author(s)
      M Shirota, K Kinoshita
    • Organizer
      The 11th KIAS Conference on Protein Structure and Function
    • Place of Presentation
      Korea Institute for Advanced Study, Seoul, Korea(招待講演)
    • Year and Date
      2011-10-08
  • [Book] トランスポートソームの世界2011

    • Author(s)
      木下賢吾(金井好克、竹島浩、森泰生、久保義弘編)
    • Total Pages
      395-405
    • Publisher
      京都廣川書店

URL: 

Published: 2013-06-26  

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