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平均力ダイナミクスの拡張による生体分子のレア・イベント予測

研究課題

研究課題/領域番号 17K05620
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 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

森下 徹也  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10392672)

研究分担者 米澤 康滋  近畿大学, 先端技術総合研究所, 教授 (40248753)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
キーワード自由エネルギー / レア・イベント / 分子動力学 / 機械学習 / 自由エネルギー計算 / レアイベント / 生体分子 / 平均力 / 位相空間 / 化学物理 / 分子動力学シミュレーション
研究成果の概要

本研究では、分子動力学シミュレーションにおける現象予測の高精度化・高効率化を目指し、時間依存主成分解析法などの新手法を開発した。これにより、系に関する特定の知見を必要とすることなく、平均力ダイナミクスなどに基づく加速計算が可能となった。特に自由エネルギー計算の高精度化・高速化のために、LogPD法、isokinetic LogMFD法、並びにポアンカレ加速ダイナミクス法を新たに開発し、関連プログラムを無償で公開した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、分子シミュレーションが抱える時間スケールに関する問題に取り組み、従来では実現不可能な長時間現象を、限られた時間内において実現できる手法開発を推進した。これにより、複雑な構造を有する生体分子やナノ物質の原子レベルの長時間挙動を予測することが可能となり、ナノ材料設計や分子材料設計、ひいては創薬におけるシミュレーションによる開発促進に繋がることが期待される。

報告書

(6件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 1件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Time-dependent principal component analysis: A unified approach to high-dimensional data reduction using adiabatic dynamics2021

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Morishita
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 155 号: 13 ページ: 134114-134114

    • DOI

      10.1063/5.0061874

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Autoencoder-based detection of the residues involved in G protein-coupled receptor signaling2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuchiya Yuko、Taneishi Kei、Yonezawa Yasushige
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 19867-19867

    • DOI

      10.1038/s41598-021-99019-z

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mutual information analysis of the dynamic correlation between side chains in proteins2021

    • 著者名/発表者名
      Miyashita Naoyuki、Yonezawa Yasushige
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 155 号: 4 ページ: 044107-044107

    • DOI

      10.1063/5.0055662

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Path ensembles for Pin1-catalyzed cis-trans isomerization of a substrate calculated by weighted ensemble simulations2021

    • 著者名/発表者名
      Kei Moritsugu, Norifumi Yamamoto, Yasushige Yonezawa, Shin-ichi Tate, and Hiroshi Fujisaki
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Theory and Computation

      巻: 17 号: 4 ページ: 2522-2529

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.0c01280

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rebuilding Ring-Type Assembly of Peroxiredoxin by Chemical Modification2020

    • 著者名/発表者名
      Himiyama Tomoki、Tsuchiya Yuko、Yonezawa Yasushige、Nakamura Tsutomu
    • 雑誌名

      Bioconjugate Chemistry

      巻: 32 号: 1 ページ: 153-160

    • DOI

      10.1021/acs.bioconjchem.0c00587

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atomistic detailed free‐energy landscape of intrinsically disordered protein studied by multi‐scale divide‐and‐conquer molecular dynamics simulation2020

    • 著者名/発表者名
      Shimoyama Hiromitsu、Yonezawa Yasushige
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 42 号: 1 ページ: 19-26

    • DOI

      10.1002/jcc.26429

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Epigenetic Protection of Vertebrate Lymphoid Progenitor Cells by Dnmt12020

    • 著者名/発表者名
      Iwanami Norimasa、Takeshita Kohei、Lawir Divine-Fondzenyuy、Suetake Isao、Tajima Shoji、Sikora Katarzyna、Trancoso In?s、?Meara Connor、Siamishi Iliana、Takahama Yousuke、Furutani-Seiki Makoto、Kondoh Hisato、Yonezawa Yasushige、Schorpp Michael、Boehm Thomas
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 23 号: 7 ページ: 101260-101260

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.101260

    • 関連する報告書
      2020 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] Traveling without dwelling: Extending the timescale accessible to molecular dynamics simulation2019

    • 著者名/発表者名
      Morishita Tetsuya、Ito Atsushi M.
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 1 号: 3 ページ: 033032-033032

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.1.033032

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Free energy profiles of lipid translocation across pure POPC and POPC/CHOL bilayer: all-atom molecular dynamics study2019

    • 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: 1290 号: 1 ページ: 012020-012020

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1290/1/012020

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Loosening of Side-Chain Packing Associated with Perturbations in Peripheral Dynamics Induced by the D76N Mutation of β2-Microglobulin Revealed by Pressure-NMR and Molecular Dynamic Simulations2019

    • 著者名/発表者名
      Sakurai Kazumasa、Tomiyama Ryosuke、Shiraki Takuma、Yonezawa Yasushige
    • 雑誌名

      Biomolecules

      巻: 9 号: 9 ページ: 491-491

    • DOI

      10.3390/biom9090491

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Autoencoder-Based Detection of Dynamic Allostery Triggered by Ligand Binding Based on Molecular Dynamics2019

    • 著者名/発表者名
      Yuko Tsuchiya, Kei Taneishi, Yasushige Yonezawa
    • 雑誌名

      J. Chem. Inf. Model.

      巻: 59 号: 9 ページ: 4043-4051

    • DOI

      10.1021/acs.jcim.9b00426

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Promoting transparency and reproducibility in enhanced molecular simulations2019

    • 著者名/発表者名
      The PLUMED consortium
    • 雑誌名

      Nature Methods

      巻: 16 号: 8 ページ: 670-673

    • DOI

      10.1038/s41592-019-0506-8

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Isokinetic approach in logarithmic mean-force dynamics for on-the-fly free energy reconstruction2018

    • 著者名/発表者名
      Morishita Tetsuya、Nakamura Takenobu、Shinoda Wataru、Ito Atsushi M.
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 706 ページ: 633-640

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2018.07.011

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Free Energy Reconstruction from Logarithmic Mean-Force Dynamics Using Multiple Nonequilibrium Trajectories2017

    • 著者名/発表者名
      Morishita Tetsuya、Yonezawa Yasushige、Ito Atsushi M.
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Theory and Computation

      巻: 13 号: 7 ページ: 3106-3119

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.7b00252

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 時間依存主成分解析による構造転移の解析とサンプリング2021

    • 著者名/発表者名
      森下徹也
    • 学会等名
      第35回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] オートエンコーダーに基づく GPCR シグナル伝達経路解析2021

    • 著者名/発表者名
      土屋裕子、種石慶、米澤康滋
    • 学会等名
      蛋白質科学会ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 計算科学シミュレーションを用いたタンパク質及びタンパク質複合体の動的相関解析の困難と新たな試み2021

    • 著者名/発表者名
      米澤康滋
    • 学会等名
      蛋白質科学会ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Travelling without dwelling:ポアンカレ加速ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      森下 徹也、伊藤篤史
    • 学会等名
      第33回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [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
      第13回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Autoencoder-based analysis of dynamic allostery on proteins by regulator binding2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsutiya, T. Taneishi, Y.Yonezawa
    • 学会等名
      CBI学会2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Conformational Changes and Interact ions of Calcium Ion Signal Transfer Protein Calmodulin and Calmodulin-binding Domain by Multi-scale and Docking Simulation2019

    • 著者名/発表者名
      Hiromitsu Shimoyama, Yasushige Yonezawa
    • 学会等名
      CBI学会2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Conformational Changes and Interactions of Calcium Ion Signal Transfer Protein Calmodulin and Calmodulin-binding Domains by Multi-scale and Docking Simulation2019

    • 著者名/発表者名
      H.Shimoyama, Y.Yonezawa
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Autoencoder-based analysis of dynamic allostery on proteins by regulator binding2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsutiya, T. Taneishi, Y.Yonezawa
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Influence on the structure and dynamics of Riboswich “SPANISH” and potassium ions by DFHBI2019

    • 著者名/発表者名
      L.Matsukura, N. Onishi, M.Furue, N.Miyashita, T.SHiraki, Y.Yonezawa
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 非平衡バスアンサンブルを用いた対数平均力ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      森下徹也
    • 学会等名
      スーパーコンピューターワークショップ2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Logarithmic mean-force dynamics and its extension: polygonal silicene formation on the Al(111) surface2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Morishita
    • 学会等名
      Computational Science Workshop2019
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] タンパク質のダイナミックアロステリー2018

    • 著者名/発表者名
      米澤 康滋
    • 学会等名
      第32回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ベイズ推定によるon-the-fly平均構造-共分散行列による数理解析手法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      米澤 康滋
    • 学会等名
      第21回理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ベイズ推定によるOn-the-fly MDシミュレーション平均構造決定及び動的解析方法2018

    • 著者名/発表者名
      米澤 康滋
    • 学会等名
      第18回蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Pin1由来のタンパク質分解酵素の触媒部位の構造ダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      伊倉 貞吉、米澤 康滋、伊藤 暢聡
    • 学会等名
      第18回蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 非平衡パスアンサンブルに基づく対数平均力ダイナミクス2017

    • 著者名/発表者名
      森下徹也、米澤康滋、伊藤篤史
    • 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
  • [備考] 森下徹也のホームページ

    • URL

      https://staff.aist.go.jp/t-morishita/index_jp.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] PLUMED DOCUMENT: Logarithmic mean force dynamics

    • URL

      https://www.plumed.org/doc-v2.7/user-doc/html/_l_o_g_m_f_d_m_o_d.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2023-01-30  

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