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2023 Fiscal Year Annual Research Report

分子動力学計算と機械学習を援用してタンパク質の構造変化を予測する

Research Project

Project/Area Number 21K06094
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

原田 隆平  筑波大学, 計算科学研究センター, 准教授 (60612174)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsタンパク質 / 多量体 / 分子間相互作用 / 分子動力学計算 / 構造探索 / 異常検知 / 解離過程
Outline of Annual Research Achievements

最終年度は, 開発手法を実際のタンパク質多量体へ適用し, その解離過程を解析した. 次年度までに開発が概ね完了した異常検知型PaCS-MDを適用し, 多様なタンパク質多量体の解離過程を抽出した. 解析では, タンパク質多量体を形成するために経由しなければならない中間構造, および特徴的な分子間相互作用の解析と分類を進めた. 特徴的な分子間相互作用として, タンパク質同士が解離するまでに長時間継続的に保持される様式が観測され, 多量体形成において経由する多段階の準安定状態を安定に保つ役割を果たしていることが示唆された. さらに, 既知のモデルタンパク質多量体への適用に加え, 実験研究者との共同研究に発展した. 具体的には, 開発手法を実験研究者が提供した複合体構造に適用し, 解離過程における分子間相互作用の崩壊を解析したところ, 解離するまでに長時間継続的に保持される様式を確認した. これらの分子間相互作用については, タンパク質の種類に依存することのない普遍性のある様式なのか, 現在検証を進めている. 以上のように, 実際の実験構造としてのタンパク質複合体への適用も現実的であり, 開発手法を有用性と実用性を示すことができたのは大きな収穫である. 今後も, 分子間相互作用が未知のタンパク質複合体へ開発手法を適用し, 中間体構造と特徴的な相互作用の情報を実験サイドへフィードバックしながら, 実験と理論の両面からタンパク質多量体の形成・解離過程の理解を深めていく. 開発手法に関しては現在プログラムを研究者に公開する準備を進めており, 本研究における成果物の社会還元を進める.

  • Research Products

    (13 results)

All 2023

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Determination of the Association between Mesotrione Sensitivity and Conformational Change of 4-Hydroxyphenylpyruvate Dioxygenase via Free-Energy Analyses2023

    • Author(s)
      Yohei Munei, Kowit Hengphasatporn, Yuta Hori, Ryuhei Harada, and Yasuteru Shigeta
    • Journal Title

      Journal of Agricultural and Food Chemistry

      Volume: 71 Pages: 9528-9537

    • DOI

      10.1021/acs.jafc.3c01253

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Variety of Initial Velocities in Restarting Molecular Dynamics Simulations Promotes Protein Transitions2023

    • Author(s)
      Munei Yohei、Shigeta Yasuteru、Harada Ryuhei
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 52 Pages: 385~388

    • DOI

      10.1246/cl.230104

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Structural Refinement Technique for Protein-RNA Complexes Based on a Combination of AI-based Modeling and Flexible Docking: A Study of Musashi-1 Protein2023

    • Author(s)
      Darai Nitchakan、Hengphasatporn Kowit、Wolschann Peter、Wolfinger Michael T、Shigeta Yasuteru、Rungrotmongkol Thanyada、Harada Ryuhei
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 96 Pages: 677~685

    • DOI

      10.1246/bcsj.20230092

  • [Journal Article] Latrunculin resistance mechanism of non‐conventional actin NAP1 uncovered by molecular dynamics simulations2023

    • Author(s)
      Morita Rikuri、Shigeta Yasuteru、Harada Ryuhei
    • Journal Title

      Cytoskeleton

      Volume: 81 Pages: 143~150

    • DOI

      10.1002/cm.21798

  • [Journal Article] Design of electron-donating group substituted 2-PAM analogs as antidotes for organophosphate insecticide poisoning2023

    • Author(s)
      Kongkaew Nalinee、Hengphasatporn Kowit、Injongkol Yuwanda、Mee-udorn Pitchayathida、Shi Liyi、Mahalapbutr Panupong、Maitarad Phornphimon、Harada Ryuhei、Shigeta Yasuteru、Rungrotmongkol Thanyada、Vangnai Alisa S.
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 13 Pages: 32266~32275

    • DOI

      10.1039/d3ra03087c

  • [Journal Article] Pathological mutations promote proteolysis of mitochondrial tRNA-specific 2-thiouridylase 1 (MTU1) via mitochondrial caseinolytic peptidase (CLPP)2023

    • Author(s)
      Raja Norazireen、Raja Ahmad、Long-teng Zhang、Morita Rikuri、Tani Haruna、Wu Yong、Chujo Takeshi、Ogawa Akiko、Harada Ryuhei、Shigeta Yasuteru、Tomizawa Kazuhito、Wei Fan-Yan
    • Journal Title

      Nucleic Acids Research

      Volume: 52 Pages: 1341~1358

    • DOI

      10.1093/nar/gkad1197

    • Open Access
  • [Presentation] Parallel Cascade Selection Molecular Dynamics for Sampling Rare Events of Proteins2023

    • Author(s)
      Ryuhei Harada
    • Organizer
      The 26th International Annual Symposium on Computational Science and Engineering (ANSCSE 26)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 次世代インシリコ創薬を開拓する新しい分子シミュレーション手法の開発2023

    • Author(s)
      原田 隆平
    • Organizer
      CBI研究機構量子構造生命科学研究所シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] Investigating the Binding Pathway of 2-Pralidoxime for Reactivating Organophosphate-Inhibited Human Acetylcholinesterase2023

    • Author(s)
      Nalinee Kongkaew, Kowit Hengphasatporn, Yasuteru Shigeta, Thanyada Rungrotmongkol, Ryuhei Harada
    • Organizer
      The 6th International Conference on Molecular Simulation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Integrated AI-based Modeling and Flexible Docking for Protein-RNA Complexes Refinement2023

    • Author(s)
      Kowit Hengphasatporn, Yasuteru Shigeta, Ryuhei Harada
    • Organizer
      The 61st Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • [Presentation] 化合物の結合と膜透過プロセスを紐解くレアイベントサンプリング法の開発2023

    • Author(s)
      原田 隆平, 森田 陸離, Kowit Hengphasatporn, 重田 育照
    • Organizer
      化合物の結合と膜透過プロセスを紐解くレアイベントサンプリング法の開発
  • [Presentation] 生体機能を紐解く分子シミュレーション手法の開発と応用2023

    • Author(s)
      原田 隆平
    • Organizer
      自然科学研究機構 計算科学研究センター スーパーコンピュータワークショップ
    • Invited
  • [Presentation] 中分子創薬を革新する分子シミュレーション手法の開発2023

    • Author(s)
      原田 隆平
    • Organizer
      第453回 CBI学会講演会
    • Invited

URL: 

Published: 2024-12-25  

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