2021 Fiscal Year Annual Research Report
Integration of Data Science and Computational Chemistry in pH-Dependent Environments
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19H02673
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
長岡 正隆 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (50201679)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小池 亮太郎 名古屋大学, 情報学研究科, 助教 (20381577)
北村 勇吉 静岡大学, 工学部, 助教 (00855702)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 分子シミュレーション / pH / 分子夾雑状態 / Motion Tree method / ビックデータ解析 / 運動樹法 / 配置選択定ｐH 法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第３年次は、第１、２年次に分子力場（Molecular Mechanics; MM）に基づいた配置選択定pH法（CS-CpH法）によるプロトン化状態サンプリングと量子力場／分子力場（QM/MM）法による電子吸収スペクトル解析を組み合わせる方法を提案した。pH指示薬のひとつであるパラニトロフェノールに適用し、pHに依存した電子吸収スペクトル変化を再現できることを示すことに成功した。次に、ヘモグロビンタンパク質に見られる塩化物イオン（Cl－）によるネガティブエフェクターの寄与について解析を行った。塩化物イオンによるT状態に対する構造的安定化を再現でき、塩化物イオンの空間分布やアミノ酸残基との接触頻度を解析することで中央空洞に関連するアミノ酸残基と相互作用することが判った。さらに、溶存酸素（O2）分子によるT状態からの状態遷移の促進と競争することも統計的に示すことができた。さらに、令和２年度において開発したトラジェクトリ自動的抽出法を応用することで、非定常トラジェクトリの立体構造的特徴を明らかにした。これらの成果について国際会議や国内会議（日本コンピュータ化学会2021年春季年会）で研究報告し、後者では、奨学賞を受賞した。上記の研究をまとめて、招待論文１報を含む３報の英文学術論文を出版した。これらの研究成果は、pH依存性や濃度依存に依存した分光現象や生体機能のデータ科学的なアプローチから切り込んだものであり、分子シミュレーションとデータ科学を繋ぐ大きな学術的成果が得られたと言える。さらに、その結果、必然的に生まれる大規模運動情報（ビッグデータ）に、タンパク質機能に直結する構造緩和情報も取り扱える非平衡トラジェクトリデータ解析法も確立でき、タンパク質構造の動的な構造変化パターンを明らかにしうることで生体機能の立体構造変化からの解明が可能となる重要な技術基盤が確立したと言える。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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