Molecular design of real proteins in virtual space

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H04202
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 62010:Life, health and medical informatics-related
• Research Institution: National Institute of Infectious Diseases (2022); The University of Tokyo (2019-2021)
• Principal Investigator: Kuroda Daisuke 国立感染症研究所, 治療薬・ワクチン開発研究センター, 主任研究官 (60756732)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田部 亜季 国立感染症研究所, エイズ研究センター, 研究員 (60786367) ; 森本 淳平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (70754935)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 抗体設計 / ペプチド設計 / 分子シミュレーション / 機械学習 / 親和性成熟 / 安定性 / 分子設計 / 抗体工学

Outline of Final Research Achievements

Through virtual mutagenesis experiments based on molecular simulations and machine learning, we have made advances in antibody design: (1) Enhanced properties of two antibodies. (2) Improved function of three different antibodies. (3) Created functional peptides. (4) Analyzed antibody affinity maturation, clarifying mutation roles. (5) Revealed sequence-structure correlation of the antigen binding site in single-domain antibodies. (6) Verified the predictability of machine learning in identifying designed mutations. (7) Used molecular dynamics calculations for rational interpretation of various protein engineering results.

Free Research Field

バイオインフォマティクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

物質を分子レベルで自在に設計・制御する技術は、多くの研究者にとって「夢の技術」である。タンパク質の物性を自在に制御できるようになれば、基礎研究のみならず、医薬品や新規素材開発への応用など、その社会へのインパクトも大きい。また、脊椎動物の免疫系に関わる抗体分子は、異物に対して高い特異性を持ち、生体防御を担っている。抗体に関する研究は、生体分子の特異的分子認識機構に関する知見を与えるだけではなく、近年注目を集めている抗体医薬品などの開発にもつながる。