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Docking prediction and design of peptides by molecluar simulation and deep learning

Research Project

Project/Area Number 21K12122
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 62010:Life, health and medical informatics-related
Research InstitutionJapan Women's University (2023)
The University of Tokyo (2021-2022)

Principal Investigator

清水 謙多郎  日本女子大学, 理学部, 教授 (80178970)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywordsペプチド / 抗菌性 / 機械学習 / 活性予測 / 抗ウィルスペプチド / ペプチド設計 / 深層学習 / タンパク質 / ドッキング予測 / 分子シミュレーション
Outline of Research at the Start

本研究では、抗菌ペプチドをターゲットとし、ドッキング予測ツールや分子動力学(MD)シミュレーションが生成する複合体構造群をもとに、グラフオートエンコーダ(GAE)と敵対性生成ネットワーク(GAN)の機構を用いて複合体構造を生成することにより、ドッキング予測の精度の向上と、高い結合親和性をもつ新規ペプチドの設計の効率化を行う手法を開発する。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、ペプチドのアミノ酸配列から最小発育阻止濃度(MIC値)を予測する抗菌ペプチドの活性予測システムを昨年度に引き続き開発し、改良を行った。複数の機械学習の手法を試し、LSTM、畳み込みニューラルネットワークと自然言語処理モデルのBERTを組み合わせた新しい手法を適用し、予測結果に基づきハイパーパラメータの調整を行ったところ、R2値で0.72という結果を得た。また、既存の抗菌性ペプチドデータベースの内容が、実験条件等によりばらつきが大きく、学習データとして適切でないものが多数存在することがわかり、現在、データの絞り込みについて検討を行っている。MIC値が一定値を超えたときに抗菌性をもつと予測する分類予測を行ったところ、AUC値で0.88という結果を得ている。予測においては、疎水性アミノ酸の出現頻度、グリシン、プロリン、ロイシンの出現頻度が重要であるという結果を得た。今後、ペプチドの動的構造の解析を行い、抗菌性との関連について検討する予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ほぼ、当初の計画どおり進めている。抗ウイルスペプチドについてはすでに成果を公表している。

Strategy for Future Research Activity

抗菌ペプチドの予測・設計については、MD等を用いた動的構造解析を新たに行う予定で、成果が得られ次第、発表していく。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 2022 2021

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

  • [Journal Article] QM/MM Study of the Catalytic Mechanism and Substrate Specificity of the Aromatic Substrate C-Methyltransferase Fur62024

    • Author(s)
      Zhao Fan、Moriwaki Yoshitaka、Noguchi Tomohiro、Shimizu Kentaro、Kuzuyama Tomohisa、Terada Tohru
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 63 Issue: 6 Pages: 806-814

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.3c00556

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Enhanced clustering-based differential expression analysis method for RNA-seq data2023

    • Author(s)
      Makino M, Shimizu K, Kadota K.
    • Journal Title

      MethodsX

      Volume: 12 Pages: 102518-102518

    • DOI

      10.1016/j.mex.2023.102518

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Comprehensive computational analysis of the SRK-SP11 molecular interaction underlying self-incompatibility in Brassicaceae using improved structure prediction for cysteine-rich proteins2023

    • Author(s)
      Sawa Tomoki、Moriwaki Yoshitaka、Jiang Hanting、Murase Kohji、Takayama Seiji、Shimizu Kentaro、Terada Tohru
    • Journal Title

      Computational and Structural Biotechnology Journal

      Volume: 21 Pages: 5228-5239

    • DOI

      10.1016/j.csbj.2023.10.026

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Feedback-AVPGAN: Feedback-guided generative adversarial network for generating antiviral peptides2022

    • Author(s)
      1.Kano Hasegawa, Yoshitaka Moriwaki, Tohru Terada, Cao Wei, Kentaro Shimizu
    • Journal Title

      Journal of Bioinformatics and Computational Biology

      Volume: 20 Issue: 06 Pages: 2250026-2250026

    • DOI

      10.1142/s0219720022500263

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生成モデルのよるタンパク質距離行列及び立体構造の生成2023

    • Author(s)
      Ryo Okada, Yoshitaka Moriwaki, Kentaro Shimizu, Tohru Terada
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 光合成反応中心-光捕集アンテナ超分子複合体におけるユビキノン/ユビキノール移動経路の解明2023

    • Author(s)
      Yosuke Teshirogi, Yoshitaka Moriwaki, Kentaro Shimizu, Tohru Terada
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Prediction of antihypertensive activity of peptides using machine learning2022

    • Author(s)
      1.Kazushi Tamura, Yoshitaka Moriwaki, Tohru Terada, Kentaro Shimizu
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] P-41Trans-AVPGAN: Transformerネットワークを用いた対的生成ネットワークによる抗ウイルスペプチド生成2021

    • Author(s)
      Kano Hasegawa, Yoshitaka Moriwaki, Tohru Terada and Kentaro Shimizu
    • Organizer
      2021年日本バイオインフォマティクス学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Book] タンパク質構造解析手法とIn silicoスクリーニングへの応用(第5章, 第1節)2023

    • Author(s)
      清水謙多郎
    • Total Pages
      530
    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861049958
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Book] Web連携テキスト バイオインフォマティクス 基礎と応用2022

    • Author(s)
      門田幸二, 清水謙多郎, 岸野洋久, 寺田透
    • Total Pages
      228
    • Publisher
      培風館
    • ISBN
      9784563078324
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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