2015 Fiscal Year Research-status Report
分子動力学シミュレーションで探るＤＮＡ配列探索中の蛋白質の分子動態
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26800228
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
米谷 佳晃 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (80399419)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 分子動力学法 / 自由エネルギー計算 / 生体分子 / カイネティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ＤＮＡに結合する蛋白質は、膨大なＤＮＡ塩基配列の中からターゲット配列を見つけ出す。配列探索の過程は、遺伝子発現の出発点となる重要な段階であり、これを分子レベルで捉えることができれば、生命現象の本質的理解につながる。しかし、その過程の蛋白質の様子については、はっきりと分かっておらず、議論が続いている。本研究課題では、全原子モデルの分子動力学シミュレーションにより、自由エネルギー地形を計算することで、配列探索中の蛋白質のカイネティクスを明らかにすることを目的に研究を進めている。
これまでAdaptive Biasing Force(ABF)法による自由エネルギー計算のプログラムを開発してきた。この方法は、自由エネルギーの勾配に応じて加えるバイアスフォースを調整することにより、通常の分子動力学シミュレーションではなかなか起こらないレアイベントを誘導し、自由エネルギー地形を効率的に計算することができる。平成27年度は、このプログラムの拡張作業を行い、2次元自由エネルギー地形を計算できるようにした。ABF計算から得られた2次元自由エネルギー地形が、長時間シミュレーションから求めたものと対応することを確認し、計算アルゴリズムの整合性を確認した。また、自由エネルギー地形から分子運動を議論するには、自由エネルギーとレートコンスタントの関係を捉えることが重要になる。そのため、自由エネルギー地形から遷移状態理論を使ってレートコンスタントを見積る手順について検証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度は、2次元自由エネルギー地形の計算について、計算プログラムの拡張とアルゴリズムの検証を行った。これは、ＤＮＡ配列探索中の蛋白質のカイネティクスを議論する上で重要な部分であり、平成27年度はこの部分を構築することができた。おおむね順調に進展しているといえる。
また、学会において口頭発表を行うなど、研究成果発表についても予定通り進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで、2次元反応座標を扱えるように計算のプログラムを拡張してきた。平成28年度は、蛋白質がDNA上をスライドする過程について、2次元自由エネルギー地形の計算を行う。また、得られた2次元自由エネルギー地形をもとに、DNAに沿った蛋白質移動のカイネティクスを検証する予定である。
研究を進めていく上で、反応座標について特に慎重に考えなければならないことが分かってきた。自由エネルギーの計算結果の解釈は、反応座標の設定に依存する。特に、本研究課題のように、自由エネルギー地形をもとにカイネティクスを議論しようとする場合、この点は大きな問題になる。この点については、ペプチド鎖や水和イオンなど少し単純な分子系を利用してテストすることを検討している。
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| Causes of Carryover |
研究計画で申請した物品費に対し、減額交付となったため、購入を想定していた装置（計算機クラスタ）の再検討が発生し、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度交付分の経費は、成果発表の旅費、消耗品の購入に使用する予定である。
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Research Products
(3 results)
