2021 Fiscal Year Research-status Report
Hierarchical data mining toward molecular dynamics of biomolecules and allication to pharmacy
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19K03653
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| Research Institution | Nara Women's University |
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Principal Investigator |
戸田 幹人 奈良女子大学, その他部局等, 継続研究員 (70197896)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森藤 紳哉 奈良女子大学, 自然科学系, 教授 (30273832)
鎌田 真由美 京都大学, 医学研究科, 准教授 (70749077)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ウエーブレット変換 / トレンド成分 / 階層性 / 生体分子 / 非平衡 / 集団運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大自由度分子動力学データから、ウエーブレット変換を拡張して階層的に振動成分とトレンド成分を抽出するため、アルゴリズムの考案と実装を行っている。生体分子への応用の前に、モデル系への応用を考える段階であるが、モデル系としては当初の計画通り、反応の障壁を越える過程を対象とする。より実際的な系として、生体分子に限らず、多数自由度からなる有機反応も考え、反応座標が集団的な自由度として形成される過程を、ウエーブレット変換などの時系列解析と、自由度を縮約する手法の組み合わせとして実施する研究を行っており、非統計的反応とされる反応過程への応用を行っている。階層的な時間スケールを持つ系に特有の動的現象として、Dynamically Induced Conformation (DIC)という新たな現象を発見し、最も簡単な系として、３個の粒子からなる分子モデルにおいて解析を行った。これは、分子の形の変化のように、ゆっくりとした時間変化を示す自由度の実効ポテンシャルが、速い振動運動の励起状態に応じて変化する現象であり、生体分子のように階層的な時空間スケールを持つ系において、今後、機能発現などの機構で重要となる可能性がある。この研究は、多時間摂動論を用いた近似的な解析と数値計算の組み合わせであり、その成果はPhysical Review Eに受理されている。また、反応過程を記述する現象論的なモデルとして、既に戸田は「ラチェット」機構を用いる事を提唱し、実験家との共同研究としてDNA結合タンパク質への応用を行っているが、そのモデルの拡張を試みている。この研究の発展として、実験家との議論を継続している。階層的な時系列解析は、生体分子に限らず様々な自然現象への応用が考えられ、このような方向への発展も追求している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
トレンド成分を抽出するアルゴリズムの開発において、当初のアイデアの実装の壁が高く、並行して代替のアイデアを追求しているため、この面における研究はやや遅れている。他方で、時間スケールの階層性を持つ力学系に固有の動的現象として、Dynamically Induced Conformation (DIC)という新しい現象を発見し、数値計算と多時間摂動論を用いた理論解析の両面から研究を進め、その成果はPhysical Review Eに共著の論文として受理されている。この研究成果は、当初の計画には含まれていなかったものであるが、生体分子における機構発現のように、時間スケールの階層性を持つ系において重要となることが予想される。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初のアイデアを追求するとともに、代替のアイデアに基づくアルゴリズムの開発・実装を行う。新規な現象としてのDynamically Induced Conformation (DIC)について、より大自由度の系への研究、特に生体分子における機能発現への応用を追究する。
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| Causes of Carryover |
海外を含めて出張の旅費を計上していたが、コロナのために実施できなかった。
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Research Products
(5 results)
