2021 Fiscal Year Annual Research Report
多重極子展開による環境静電ポテンシャルを用いた周期境界条件FMO-MDの開発
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19K12010
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
古明地 勇人 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (30357032)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | FMO-MD / CDAM / SARS-CoV-2 / Spike |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フラグメント分子軌道法（FMO）は、巨大な分子系の電子構造を計算するのに適した効率的な量子化学法である。今年度は、FMO-MD法に、周期境界に応用するための新しい近似法を導入した。また、並行して、新型コロナウィルスのタンパク質に対するMM-MD/FMO計算を行い、その相互作用の詳細解析を行った。
まず、FMO-MDに関して述べる。FMOはいくつかの近似によって高速化されるが、重要なのはフラグメント一量体や二量体への環境静電相互作用（ESP）に適用される近似である。 環境静電相互作用は、通常は、近接したフラグメント二量体に対してはマリケン原子軌道（ESP-AOC）、離れた二量体に対してはマリケン原子点電荷（ESP-PTC）を用いて近似される。 だが、昨年、我々は、環境静電相互作用に対して、コレスキー分解（ESP-CDAM, 沖山ら, Bull. Chem. Soc. Jpn., 2021, 94, 91）に基づく近似法を提案した。 今年度は、それをさらに発展させ、ESP-CDAM近似のもとでエネルギー勾配を導出し、FMO-MD法に実装した。 いくつかのテストFMO-MDシミュレーションを通じて、ESP-CDAM近似の精度を従来手法と比較した。 その結果、ESP-CDAMはESP-AOCよりも精度が高いことが示された。これにより、周期境界条件の導入が容易になる。
一方、新型コロナウィルスに関するMM-MD/FMO計算については、変異型スパイクは野性型よりも受容体結合活性が高いこと（Akisawa et al. Jpn. J. Appl. Phys. 2021)ことを示した。さらに、スパイクタンパク質の三量体のアミノ酸残基間の相互作用を解析し、 複合体を安定化している、少数の必須相互作用ネットワークを抽出することに成功した（Okuwaki et al. APEX, 2022)。
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[Presentation] FMO計算による 変異 RBDと ACE2複合体の相互作用解析2021
Author(s)
半田佑磨, 川嶋裕介, 畑田陵, 奥脇弘次, 望月祐志, 古石誉之, 米持悦生, 本間光貴, 古明地勇人, 田中成典, 福澤薫
Organizer
日本薬学会構造活性相関部会
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