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数億化合物の部分構造の重複を利用した分割統治型ドッキング手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17J06897
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生命・健康・医療情報学
研究機関東京工業大学

研究代表者

柳澤 渓甫  東京工業大学, 情報理工学院, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード創薬支援計算 / バーチャルスクリーニング / ドッキング計算 / 計算結果の再利用 / 高速化
研究実績の概要

1億件以上もの膨大な数の化合物から薬剤候補化合物を計算機で選別するバーチャルスクリーニングは、薬剤開発の初期段階における重要技術とされている。本研究は、従来手法では1億件の処理に数十年を要するタンパク質-化合物ドッキング計算について、化合物部分構造(フラグメント)の計算結果の再利用を行う手法を開発し、速度的にも精度的にも良好な手法を開発するものである。平成30年度は、【1.ドッキング手法の精度改善】および【2.薬剤開発への応用】を実施した。以下に研究成果を示す。
【1.ドッキング手法の精度改善】平成29年度までに開発した、部分構造の計算結果の再利用に基づくドッキングツールのプロトタイプについて、複合体構造を評価するスコア関数が同類のAutoDock Vinaに比べて精度が劣ることが判明した。フラグメント分割に基づく「複合体構造の探索手法」と「スコア関数」が協調的に機能していないことが考えられたため、衝突項の一時的な緩和などの改善を行い、精度を向上させた。
【2.薬剤開発への応用】ドッキング手法の熱帯病(NTDs)薬剤開発への応用として、ウエストナイル熱ウイルスとの関連が示唆されているc-Yesタンパク質とのドッキング計算を行った。タンパク質ファミリーに属するc-Srcの結晶構造(PDBID: 3G6G)からモデリングを行うことでc-Yesタンパク質の構造を推定し、この構造に対してZINC15に登録されている化合物をドッキングした。結合様式を目視で精査したところ、パノビノスタットの名称で知られる承認済薬剤などが上位に存在しており、既存薬剤を別の用途に利用するリポジショニングによる薬剤開発が可能であることが示唆された。
以上の研究成果に加え、部分構造の計算結果の再利用を最適化するアルゴリズムがComputational Biology and Chemistry誌に掲載された。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] MEGADOCK-Web: an integrated database of high-throughput structure-based protein-protein interaction predictions.2018

    • 著者名/発表者名
      Takanori Hayashi, Yuri Matsuzaki, Keisuke Yanagisawa, Masahito Ohue, Yutaka Akiyama
    • 雑誌名

      BMC Bioinformatics

      巻: 19 号: S4 ページ: 62-72

    • DOI

      10.1186/s12859-018-2073-x

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimization of memory use of fragment extension-based protein-ligand docking with an original fast minimum cost flow algorithm2018

    • 著者名/発表者名
      Yanagisawa Keisuke、Komine Shunta、Kubota Rikuto、Ohue Masahito、Akiyama Yutaka
    • 雑誌名

      Computational Biology and Chemistry

      巻: 印刷中 ページ: 399-406

    • DOI

      10.1016/j.compbiolchem.2018.03.013

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Computational prediction of plasma protein binding of cyclic peptides from small molecule experimental data using sparse modeling techniques2018

    • 著者名/発表者名
      Tajimi Takashi、Wakui Naoki、Yanagisawa Keisuke、Yoshikawa Yasushi、Ohue Masahito、Akiyama Yutaka
    • 雑誌名

      BMC Bioinformatics

      巻: 19 号: S19 ページ: 527-527

    • DOI

      10.1186/s12859-018-2529-z

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] QEX: target-specific druglikeness filter enhances ligand-based virtual screening2018

    • 著者名/発表者名
      Mochizuki Masahiro、Suzuki Shogo D.、Yanagisawa Keisuke、Ohue Masahito、Akiyama Yutaka
    • 雑誌名

      Molecular Diversity

      巻: 23 号: 1 ページ: 11-18

    • DOI

      10.1007/s11030-018-9842-3

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An iterative compound screening contest method for identifying target protein inhibitors using the tyrosine-protein kinase Yes2017

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Chiba, 他30名 (George Chikenji は16番目の著者)
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1038/s41598-017-10275-4

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Spresso: An ultrafast compound pre-screening method based on compound decomposition2017

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Yanagisawa, Shunta Komine, Shogo D. Suzuki, Masahito Ohue, Takashi Ishida, Yutaka Akiyama
    • 雑誌名

      Bioinformatics

      巻: 印刷中 号: 23 ページ: 3836-3843

    • DOI

      10.1093/bioinformatics/btx178

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Megadock-Web: An Integrated Database of High-Throughput Structure-Based Protein-Protein Interaction Predictions2019

    • 著者名/発表者名
      Masahito Ohue, Takanori Hayashi, Yuri Matsuzaki, Keisuke Yanagisawa, Yutaka Akiyama
    • 学会等名
      Biophysical Society 63rd Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子グラフ上の距離を考慮したグラフ畳込み ニューラルネットワークによる化合物活性予測2019

    • 著者名/発表者名
      伊井 良太, 柳澤 渓甫, 大上 雅史, 秋山 泰
    • 学会等名
      情報処理学会 第57回 バイオ情報学 (SIGBIO) 研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of efficient protein-ligand docking method for virtual screening by reuse of fragments2018

    • 著者名/発表者名
      ikuto Kubota, Keisuke Yanagisawa, Masahito Ohue, Yutaka Akiyama
    • 学会等名
      1st RWBC-OIL Workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 共通な部分構造の再利用アルゴリズムを用いた タンパク質リガンドドッキング手法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      久保田 陸人, 柳澤 渓甫, 大上 雅史, 秋山 泰
    • 学会等名
      情報処理学会 第54回 バイオ情報学 (SIGBIO) 研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 大域的化合物特徴を表現するグラフ畳み込みネットワーク2018

    • 著者名/発表者名
      Ryota Ii, Keisuke Yanagisawa, Masahito Ohue, Yutaka Akiyama
    • 学会等名
      Informatics in Biology, Medicine and Pharmacology 2018 (IIBMP2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of a novel linear notation of chemical compounds for deep learning2018

    • 著者名/発表者名
      Juanjuan Lu, Keisuke Yanagisawa, Takashi Ishida
    • 学会等名
      Chem-Bio Informatics Society(CBI) Annual Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Computational prediction of plasma protein binding of cyclic peptides from small molecule experimental data using sparse modeling techniques2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tajimi, Naoki Wakui, Keisuke Yanagisawa, Yasushi Yoshikawa, Masahito Ohue, Yutaka Akiyama
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Genome Informatics (GIW 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of memory use of fragment extension-based protein-ligand docking with an original fast minimum cost flow algorithm2018

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Yanagisawa, Shunta Komine, Rikuto Kubota, Masahito Ohue, Yutaka Akiyama
    • 学会等名
      The 16th Asia Pacific Bioinformatics Conference (APBC2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Toward efficient protein-ligand docking for virtual screening by reuse of fragments2018

    • 著者名/発表者名
      Rikuto Kubota, Keisuke Yanagisawa, Masahito Ohue, Yutaka Akiyama
    • 学会等名
      The 16th Asia Pacific Bioinformatics Conference (APBC2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spresso: An ultrafast compound pre-screening method based on compound fragmentation2018

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Yanagisawa, Shunta Komine, Shogo D. Suzuki, Masahito Ohue, Takashi Ishida, Yutaka Akiyama
    • 学会等名
      Biophysical Society 62nd Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フラグメント伸長型化合物ドッキング計算のための重み付きオフラインキャッシュ問題の厳密解アルゴリズム2017

    • 著者名/発表者名
      柳澤 渓甫, 小峰 駿汰, 久保田 陸人, 大上 雅史, 秋山 泰
    • 学会等名
      情報処理学会 バイオ情報学研究会 (SIGBIO)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] Spresso

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 研究者個人ページ

    • URL

      https://keisuke-yanagisawa.github.io/toppage-ja

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] Spresso

    • URL

      http://www.bi.cs.titech.ac.jp/spresso/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] (研究者個人ページ)

    • URL

      https://keisuke-yanagisawa.github.io/toppage-ja

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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