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機械学習と分子シミュレーションの連帯による標的型分子ドッキング法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K05648
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

齋藤 大明  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (40506820)

研究分担者 水上 卓  北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 助教 (50270955)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード分子シミュレーション / 分子ドッキング / タンパク質 / 機械学習 / 自由エネルギー / 分子動力学法 / 分子動力学シミュレーション / インシリコ創薬
研究成果の概要

本申請研究では「高精度のリガンド-レセプターの結合構造予測」を目的に「機械学習と分子シミュレーションの連帯による標的型分子ドッキング法の開発」を行った。具体的にはMD計算で得られたタンパク質のスナップショット構造から、化合物が結合するポケットの大きさや、形、親水性・疎水性を詳細に観測し、結合する化合物との特性との マッチングを解析した。これにより,化合物と構造や相互作用の相補性が良いレセプター構造をMDデータから選出することが可能となり、結合構造予測の精度や スループットが飛躍的に向上する結果を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本申請ではビックデータ解析等で用いられる機械学習をリガンドとレセプターの結合ポケット特性との会合性の判定に応用した全く新しい試みである.MD計算によりサンプルした結合ポケット構造に対する非効率な総当たりドッキングではなく,適切な結合ポケット構造を選んでドッキングする「標的型分子ドッキング」が実現する.これにより10%程度しかなかったサンプル数に対する結合構造の正解率が大きく改善され,より高効率かつ高精度な分子スクリーニングを行うことが可能となる.

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 3件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Structural Feature of Lipid Scrambling Model Transmembrane Peptides: Same-Side Positioning of Hydrophilic Residues and Their Deeper Position2020

    • 著者名/発表者名
      Nakao Hiroyuki、Sugimoto Yuta、Ikeda Keisuke、Saito Hiroaki、Nakano Minoru
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 11 号: 5 ページ: 1662-1667

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c00175

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oxygen reduction reaction of FeN4 center embedded in graphene and carbon nanotube: Density functional calculations2018

    • 著者名/発表者名
      Aoyama Syuya、Kaiwa Jun、Chantngarm Peerasak、Tanibayashi Satoru、Saito Hiroaki、Hasegawa Masayuki、Nishidate Kazume
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 8 号: 11 ページ: 115113-115113

    • DOI

      10.1063/1.5053151

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A rationally designed JAZ subtype-selective agonist of jasmonate perception2018

    • 著者名/発表者名
      Takaoka Yousuke、Iwahashi Mana、Chini Andrea、Saito Hiroaki、Ishimaru Yasuhiro、Egoshi Syusuke、Kato Nobuki、Tanaka Maho、Bashir Khurram、Seki Motoaki、Solano Roberto、Ueda Minoru
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1038/s41467-018-06135-y

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Hydrophilic Residues and Hydrophobic Length on Flip-Flop Promotion by Transmembrane Peptides2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Nakao, Chihiro Hayashi, Keisuke Ikeda, Hiroaki Saito, Hidemi Nagao, Minoru Nakano
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B

      巻: 122 号: 15 ページ: 318-4324

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.8b00298

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics study of binary POPC bilayers: molecular condensing effects on membrane structure and dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      Saito Hiroaki、Morishita Tetsuya、Mizukami Taku、Nishiyama Ken-ichi、Kawaguchi Kazutomo、Nagao Hidemi
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1136 ページ: 012022-012022

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1136/1/012022

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cholesterol blocks spontaneous insertion of membrane proteins into liposomes of phosphatidylcholine2018

    • 著者名/発表者名
      Shota Nakamura, Sonomi Suzuki, Hiroaki Saito and Ken-ichi Nishiyama
    • 雑誌名

      The Journal of Biochemistry

      巻: 163 号: 4 ページ: 313-319

    • DOI

      10.1093/jb/mvx083

    • NAID

      40021524045

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular dynamics study of binary POPC bilayers: molecular condensing effects on membrane structure and dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito, Tetsuya Morishita, Taku Mizukami, Ken-ichi Nishiyama, Kazutomo Kawaguchi, Hidemi Nagao
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A simple coarse-grained model for interacting protein complex2017

    • 著者名/発表者名
      Kazutomo Kawaguchi, Satoshi Nakagawa, Shogo Kinoshita, Makoto Wada, Hiroaki Saito, Hidemi Nagao
    • 雑誌名

      Molecular Physics

      巻: 115 号: 5 ページ: 587-597

    • DOI

      10.1080/00268976.2016.1234652

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Novel Nuclear Receptor Ligand, Digoxigenin, is a Selective Antagonist of Liver-X-receptors2017

    • 著者名/発表者名
      H. Oishi, Y. Takaoka, T. Nishimaki-Mogami, H. Saito, M. Ueda
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 46 号: 3 ページ: 313-314

    • DOI

      10.1246/cl.161071

    • NAID

      130005436551

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Tuning the Work Function of Graphene with the Adsorbed Organic Molecules: First-Principles Calculations2016

    • 著者名/発表者名
      Kazume Nishidate, Noriyuki Yoshimoto, Peerasak Chantngarm, Hiroaki Saito, Masayuki Hasegawa
    • 雑誌名

      Mol. Phys.

      巻: 114 号: 20 ページ: 2993-2998

    • DOI

      10.1080/00268976.2016.1213437

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] LogMFDによる脂質分子の膜透過自由エネルギー曲線2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明、森下徹也
    • 学会等名
      分子科学討論会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Development of a pharmacokinetics prediction system using multiscale integrated modeling:16. Prediction of sites of metabolism of drug by CYP2C9 by molecular simulation2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito, Takao Otsuka, Noriaki Okimoto, Makoto Taiji
    • 学会等名
      CBI学会2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Dynamical structure and thermal stability of polyene macrolactam heronamide in lipid bilayer: a molecular dynamics study2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito, Naoki, Kanoh
    • 学会等名
      International Conference on Molecular Simulation (ICMS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーションを用いたヘロナミド類の膜内構造と濃度依存性2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明、叶直樹
    • 学会等名
      化学コミュニケーションのフロンティア第6回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 深層学習と分子シミュレーションを用いた計算分子設計2018

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明
    • 学会等名
      新学術領域研究「化学コミュニケーションのフロンティア」第3回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子シミュレーションを用いたシトクロムP450に対する薬剤代謝部位予測2018

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明,大塚 教雄, 沖本 憲明, 泰地 真弘人
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 分子シミュレーションを用いたシトクロムP450(CYP3A4)に対する薬剤代謝部位予測2018

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明,大塚 教雄, 沖本 憲明, 泰地 真弘人
    • 学会等名
      CBI学会2018年大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Free energy profiles of lipid translocation across binary POPC bilayer mixtures: a molecular dynamics study2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito, Tetsuya Morishita, Taku Mizukami, Kazutomo Kawaguchi, Hidemi Nagao
    • 学会等名
      Joint Conference of EMLG/JMLG Annual Meeting 2018 and 41st Symposium on Solution Chemistry of Japan
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical structure and thermal stability of polyene macrolactam heronamide C and A in lipid bilayer: a molecular dynamics study2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito, Naoki Kanoh
    • 学会等名
      The 1st International Symposium on Chemical Communication (ISCC2019)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular dynamics study on the free energy profiles of lipid translocation across binary POPC bilayer mixtures2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito, Tetsuya Morishita, Taku Mizukami, Kazutomo Kawaguchi, Hidemi Nagao
    • 学会等名
      XXIX IUPAP Conference in Computational Physics (CCP2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum chemical analysis of reaction indices and reaction path for drug molecules2018

    • 著者名/発表者名
      Takao Otsuka, Noriaki Okimoto, Hiroaki Saito, Makoto Taiji
    • 学会等名
      XXIX IUPAP Conference in Computational Physics (CCP2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular dynamic study on solvation free energy of water and model protein2018

    • 著者名/発表者名
      Taku Mizukami, Hiroaki Saito
    • 学会等名
      XXIX IUPAP Conference in Computational Physics (CCP2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a pharmacokinetics prediction system using multiscale integrated modeling: 5. Prediction of sites of drug metabolism by cytochrome P450 by molecular simulation2017

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明, 水上 卓, 平 野 秀典, 大塚 教雄, 沖本 憲明, 泰地真弘人
    • 学会等名
      CBI学会2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 分子シミュレーションを用いたシトクロムP450(CYP)に対する薬物代謝部位予測2017

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明, 大塚 教雄, 沖本 憲明, 泰地真弘人
    • 学会等名
      第31回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Free energy profiles of lipid translocation across mixed lipid bilayers: a molecular dynamics study2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito, Tetsuya Morishita, Taku Mizukami, Ken-ichi Nishiyama, Kazutomo Kawaguchi, and Hidemi Nagao
    • 学会等名
      onference on computational physics 2017 (CCP2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 混合脂質膜における脂質分子の膜透過自由エネルギー曲線2017

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明,森下徹也,水上卓,川口一朋,長尾秀実
    • 学会等名
      分子科学討論 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 分子ドッキングと分子動力学シミュレーションを用いたシトクロム P450(CYP1A2)活性部位における化合物の結合分布解析2016

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明, 水上卓, 平野秀典, 大塚教雄, 沖本憲明, 泰地真弘人
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(兵庫県・神戸市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] アンサンブルドッキングを用いたCYP1A2に対する薬剤代謝部位予測2016

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明, 水上卓, 平野秀典, 大塚教雄, 沖本憲明, 泰地真弘人
    • 学会等名
      第54回日本生物物理年会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 分子シミュレーションを用いたCYP1A2に対する薬剤代謝部位予測2016

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明, 水上卓, 平野秀典, 大塚教雄, 沖本憲明, 泰地真弘人
    • 学会等名
      CBI学会2016年大会
    • 発表場所
      タワーホール船堀
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子シミュレーションによるタンパク質の 結合ポケット解析と基質の結合構造予測2016

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明, 水上卓, 沖本憲明, 泰地真弘人
    • 学会等名
      第30回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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