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拡張アンサンブル法による蛋白質折り畳み機構の研究

研究課題

研究課題/領域番号 15076213
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関名古屋大学 (2005-2007)
分子科学研究所 (2004)
岡崎国立共同研究機構 (2003)

研究代表者

岡本 祐幸  名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70185487)

研究分担者 奥村 久士 (奥村 久志)  名古屋大学, 大学院・理学研究科, 特任講師 (80360337)
研究期間 (年度) 2003 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
30,000千円 (直接経費: 30,000千円)
2007年度: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円)
2006年度: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円)
2005年度: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円)
2004年度: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円)
2003年度: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円)
キーワードタンパク質の折り畳み / 分子シミュレーション / 分子動力学法 / 拡張アンサンブル法 / マルチカノニカル法 / 計算機シミュレーション / モンテカルロ法 / レプリカ交換法 / マルチバーリック法 / 膜タンパク質 / 蛋白質 / 折り畳み / 立体構造予測
研究概要

本年度の主な研究成果は以下のとおりである。
1.拡張アンサンブル法の一つであるマルチカノニカル法とマルチオーバーラップ法の利点を合体させた、マルチカノニカル・マルチオーバーラップ法を開発した。
2.今回開発したマルチカノニカル・マルチオーバーラップ法をアルツハイマー病の原因ペプチドである、アミロイドβペプチドの29番目から42番目のアミノ酸残基に対応するペプチドフラグメント2個の系に適用して、アミロイド形成の初期過程を考察した。2つのペプチドフラグメントが空間的に離れているときは、αヘリックスやβヘアピン構造をしているが、それらが近づいてくると、2次構造がこわされて、βストランド状にまっすぐに伸びた構造が結合して、2本のβストランドが水素結合でβシート構造を作ることが示唆された。アミロイド線維はこのβシート構造が更に結合して形成されると推測された。
3.数年前にわれわれが開発した拡張アンサンブル法である、マルチバーリック・マルチサーマル法は、エネルギーと体積の2次元空間でランダムウォークする手法であり、特に、タンパク質の高圧変性を研究するのに適した手法である。我々は、昨年に続き、水中のアラニンジペプチドの系にこの手法を適用して、この系の高圧実験の結果と比較した。今年は、この計算にAMBER99とAMBER96の2つのポテンシャルエネルギーを使った。我々の以前の研究のより、前者はαヘリックスを後者はβシートを作り過ぎる傾向があることが分かっている。ラーマン散乱の実験によって、得られた部分モルエンタルピーや部分モル体積は、ちょうど、これらの2つのエネルギー関数で得られた計算結果の中間にあることが判明した。理想的なエネルギー関数はこれら2つのエネルギー関数の中間的なものに対応することが示唆された

報告書

(5件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (55件)

すべて 2008 2007 2006 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (45件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (1件) 図書 (3件) 文献書誌 (6件)

  • [雑誌論文] Multibaric-multithermal molecular dynamics simulation of alanine dipe ptide in explicit water2007

    • 著者名/発表者名
      H. Okumura & Y. Okamoto
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan 80

      ページ: 1114-1123

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effective sampling in the configurational space of a small peptide by the multicanonical-multioverlap algorithm2007

    • 著者名/発表者名
      S.G. Itoh & Y. Okamoto
    • 雑誌名

      Physical Review E 76

      ページ: 2670510-2670510

    • NAID

      120006545922

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Normal mode analysis of polytheonamide B2007

    • 著者名/発表者名
      T. Mori, H. Kokubo, H. Shimizu, M. Iwamoto, S. Oiki, & Y. Okamoth
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan 76

      ページ: 9480110-9480110

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cooperative folding mechanism of a β-hairpin peptide studied by a multicanonical replica-exchange molecular dynamics simulation2007

    • 著者名/発表者名
      T.Yoda, Y.Sugita, Y Okamoto
    • 雑誌名

      PROTEINS : Structure, Function, and Bioinformatics 66

      ページ: 846-859

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Generalized-ensemble algorithms for molecular dynamics simulations2007

    • 著者名/発表者名
      S.G.Itoh, H.Okumura, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Molecular Simulation 33

      ページ: 47-56

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] A new generalized-ensemble algorithm : multicanonical-multioverlap algorithm2007

    • 著者名/発表者名
      S.G.Itoh, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Molecular Simulation 33

      ページ: 83-90

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Multibaric-multithermal molecular dynamics simulation : generalized Nose-Poincare-Andersen method2007

    • 著者名/発表者名
      H.Okumura, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Molecular Simulation 33

      ページ: 91-96

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Replica-exchange moleculr dynamics simulation of diffracted X-ray tracking2007

    • 著者名/発表者名
      Y.Kawashima, Y.C.Sasaki, Y.Sugita, T.Yoda, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Molecular Simulation 33

      ページ: 97-102

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Explicit symplectic integrators of molecular dynamics algorithms for rigid-body molecules in the canonical, isobaric-isothermal, and related ensembles2007

    • 著者名/発表者名
      H.Okumura, S.G.Itoh, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 126

    • NAID

      120006545076

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Residual entropy of ordinary ice from multicanonical simulations2007

    • 著者名/発表者名
      B.A.Berg, C.Muguruma, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Physical Review B 75

    • NAID

      120006545083

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Theoretical studies of transition states by the multioverlap molecular dynamics methods2006

    • 著者名/発表者名
      S.G.Itoh, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 124

    • NAID

      120000975328

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Secondary-structure design of proteins by a backbone torsion energy2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Sakae, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan 75

    • NAID

      110004702343

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 生体系における大規模分子シミュレーション2006

    • 著者名/発表者名
      岡本祐幸
    • 雑誌名

      応用数理 16

      ページ: 15-19

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Replica-exchange methods and predictions of helix configuration of membrane proteins2006

    • 著者名/発表者名
      H.Kokubo, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Molecular Simulation 32

      ページ: 791-801

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 拡張アンサンブル法による膜タンパク質の立体構造予測2006

    • 著者名/発表者名
      小久保裕功, 岡本祐幸
    • 雑誌名

      統計数理 54

      ページ: 211-222

    • NAID

      120006019067

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Multibaric-multithermal ensemble molecular dynamics simulations2006

    • 著者名/発表者名
      H.Okumura, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry 27

      ページ: 379-395

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular mechanism for stabilizing a short helical peptide studied by generalized-ensemble simulations with explicit solvent2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Sugita, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Biophysical Journal 88

      ページ: 3180-3190

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulations of DNA dimers based on replica-exchange umbrella sampling. I. Test of sampling efficiency2005

    • 著者名/発表者名
      K.Murata, Y.Sugita, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical & Computational Chemistry 4

      ページ: 411-432

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulations of DNA dimers based on replica-exchange umbrella sampling. II. Free energy analysis2005

    • 著者名/発表者名
      Murata, Y.Sugita, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical & Computational Chemistry 4

      ページ: 433-448

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Replica-exchange molecular dynamics simulation of small peptide in water and in ethanol2005

    • 著者名/発表者名
      K.Yoshida, T.Yamaguchi, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters 412

      ページ: 280-284

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Structures of a peptide fragment of β2-microglobulin studied by replica-exchange molecular dynamics simulations - towards the understanding of the mechanism of amyloid formation2005

    • 著者名/発表者名
      M.Nishino, Y.Sugita, T.Yoda, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      FEBS Letters 579

      ページ: 5425-5429

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of the fixed end in single-molecule imaging techniques : A replica-exchange molecular dynamics study2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Kawashima, Y.Sugita, T.Yoda, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters 414

      ページ: 449-455

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Multibaric-multithermal ensemble simulations for fluid systems2005

    • 著者名/発表者名
      H.Okumura, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Physica A 350

      ページ: 150-158

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular simulations in the multibaric-multithermal ensembles2005

    • 著者名/発表者名
      H.Okurnura, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Computer Physics Communications 169

      ページ: 317-321

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] PDBデータベースを用いたタンパク質力場パラメータの最適化2005

    • 著者名/発表者名
      榮慶丈, 岡本祐幸
    • 雑誌名

      生物物理 45

      ページ: 145-148

    • NAID

      110001801950

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] タンパク質のフォールディングシミュレーションから立体構造予測問題に迫る2005

    • 著者名/発表者名
      岡本祐幸, 高田彰二
    • 雑誌名

      現代化学 408

      ページ: 47-53

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] マルチバーリック・マルチサーマルアンサンブルにおけるレナード・ジョーンズ流体のシミュレーション2005

    • 著者名/発表者名
      奥村久士, 岡本祐幸
    • 雑誌名

      物性研究 85

      ページ: 341-346

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Comparisons of force fields for proteins by generalized-ensemble simulations2004

    • 著者名/発表者名
      T.Yoda, Y.Sugita, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Lett. 386

      ページ: 460-467

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] New approach to the first-order phase transition of Lennard-Jones fluids2004

    • 著者名/発表者名
      C.Muguruma, Y.Okamoto, M.Mikami
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys. 120

      ページ: 7557-7563

    • NAID

      120006545073

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Prediction of membrane protein structures by replica-exchange Monte Carlo simulations : case of two helices2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kokubo, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys. 120

      ページ: 10837-10847

    • NAID

      120006545074

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulations in multibaric-multithermal ensemble2004

    • 著者名/発表者名
      H.Okumura, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Lett. 383

      ページ: 403-408

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Self-assembly of transmembrane helices of bacteriorhodopsin by a replica-exchange simulation2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kokubo, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Lett. 392

      ページ: 168-175

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Replica-exchange extensions of simulated tempering method2004

    • 著者名/発表者名
      A.Mitsutake, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys. 121

      ページ: 2491-2504

    • NAID

      120006545075

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Protein force-field parameters optimized with the Protein Data Bank. I.Force-filed optimizations2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Sakae, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      J.Theor.Comput.Chem. 3

      ページ: 339-358

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Protein force-field parameters optimized with the Protein Data Bank. II.Comparisons of force fields by folding simulations of short peptides2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Sakae, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      J.Theor.Comput.Chem. 3

      ページ: 359-378

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Monte Carlo simulations in generalized isobaric-isothermal ensembles2004

    • 著者名/発表者名
      H.Okumura, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Phys.Rev.E 70

      ページ: 26702-26702

    • NAID

      120006545921

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Classification and prediction of low-energy membrane protein helix configurations by replica-exchange Monte Carlo method2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kokubo, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn. 73

      ページ: 2571-2585

    • NAID

      110001955018

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Combination of the replica-exchange Monte Carlo method and the reference interaction site model theory for simulating a peptide molecule in aqueous solution2004

    • 著者名/発表者名
      A.Mitsutake, M.Kinoshita, Y.Okamoto, F.Hirata
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B 108

      ページ: 19002-19012

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Liquid-gas phase transitions studied by multibaric-multithermal Monte Carlo simulations2004

    • 著者名/発表者名
      H.Okumura, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn. 73

      ページ: 3304-3311

    • NAID

      110001979299

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Multi-overlap molecular dynamics methods for biomolecular systems2004

    • 著者名/発表者名
      S.G.Itoh, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Lett. 400

      ページ: 308-313

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Comparisons between a molecular dynamics and hydrodynamics treatment of non-stationary thermal processes in a liquid2004

    • 著者名/発表者名
      H.Okumura, D.M.Heyes
    • 雑誌名

      Phys.Rev.E 70

      ページ: 61206-61206

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Secondary-structure preferences of force fields for proteins evaluated by generalized-ensemble simulations2004

    • 著者名/発表者名
      T.Yoda, Y.Sugita, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Chem.Phys. 307

      ページ: 269-283

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Generalized-ensemble algorithms : enhanced sampling techniques for Monte Carlo and molecular dynamics simulations2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Okamoto
    • 雑誌名

      J.Mol.Graphics Modell. 22

      ページ: 425-439

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Monte Carlo simulations in new generalized isobaric-isothermal ensemble2004

    • 著者名/発表者名
      H.Okumura, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Trans.MRS-J. 29

      ページ: 3783-3786

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Multibaric-multithermal ensemble simulation for simple liquids2004

    • 著者名/発表者名
      H.Okumura, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Mol.Sim. 30

      ページ: 847-852

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [学会発表] Protein folding simulations in generalized ensembles2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Okamoto(招待講演)
    • 学会等名
      Mainz Materials Simulation Days 2007 (MMSD 2007)
    • 発表場所
      Mainz, Germany
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [図書] Lecture Notes in Physics, Springer-Verlag2008

    • 著者名/発表者名
      Y. Sugita, A. Mitsutake, & Y. Okamoto (edited by W. Janke)
    • 出版者
      Lecture Notes
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [図書] 分子科学者がいどむ12の謎2005

    • 著者名/発表者名
      岡本祐幸(分担執筆)
    • 総ページ数
      235
    • 出版者
      化学同人
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] ベルゲソン 生化学の物理的基礎2004

    • 著者名/発表者名
      谷村吉隆, 佐藤啓, 依田隆夫, 秋山良, 藤原進, 奥村久士 共訳(P.R.Bergethon著)
    • 総ページ数
      603
    • 出版者
      シュプリンガー・フェアラーク東京
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] G.LaPenna, A.Mitsutake, M.Masuya, Y.Okamoto: "Molecular dynamics of C-peptide of ribonuclease A studied by replica-exchange Monte Carlo method and diffusion theory."Chemical Physics Letters. 380. 609-619 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] B.A.Berg, H.Nogichi, Y.Okamoto: "Multi-Overlap Simulations for Transitions between Reference Configurations."Physical Review E. 68. 036126 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Sakae, Y.Okamoto: "Optimization of protein force-field parameters with the Protein Data Bank"Chemical Physics Letters. 382. 626-636 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Okumura, Y.Okamoto: "Monte Carlo simulations in multibaric-multithermal ensemble."Chemical Physics Letters. 383. 391-396 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kokubo, Y.Okamoto: "Prediction of transmembrane helix configurations by replica-exchange simulations."Chemical Physics Letters. 383. 397-402 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Murata, Y.Sugita, Y.Okamoto: "Free energy calculations for DNA base stacking by replica-exchange umbrella sampling."Chemical Physics Letters. 385. 1-7 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2018-03-28  

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