| 研究課題/領域番号 |
19H05645
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
大区分G
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
杉田 有治 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (80311190)
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| 研究分担者 |
伊藤 隆 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (80261147)
優 乙石 前橋工科大学, 工学部, 准教授 (90402544)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
198,120千円 (直接経費: 152,400千円、間接経費: 45,720千円)
2023年度: 32,630千円 (直接経費: 25,100千円、間接経費: 7,530千円)
2022年度: 40,430千円 (直接経費: 31,100千円、間接経費: 9,330千円)
2021年度: 33,800千円 (直接経費: 26,000千円、間接経費: 7,800千円)
2020年度: 62,270千円 (直接経費: 47,900千円、間接経費: 14,370千円)
2019年度: 28,990千円 (直接経費: 22,300千円、間接経費: 6,690千円)
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| キーワード | 分子動力学 / マルチスケールモデル / 細胞内分子混雑環境 / 液液相分離 / 酵素反応ダイナミクス / NMR / SAXS / スーパーコンピュータ / 分子混雑環境 / 酵素反応解析 / 機械学習 / マルチスケール / 細胞内環境 / 蛋白質構造柔軟性 / 酵素反応 / 蛋白質の構造柔軟性 / マルチスケールシミュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
細胞内環境において安定な立体構造を持たない天然変性蛋白質や非特異的な相互作用による巨大な凝集体の形成などの新しい現象も発見されている。分子から細胞スケールに至る広い時空間で生じる生命現象を理解するために、粒子を粗視化したモデル、全原子モデル、活性部位のみを量子化学的に扱うQM/MMモデルを含むマルチスケール分子動力学法を開発し、異なるスケールのシミュレーションをベイズ推定に基づく理論で接続する。開発したシミュレーション法を用いて、細胞内環境における酵素反応、蛋白質の構造柔軟性と液液相分離の関係などを解明する。さらに、実験を用いて検証することで、分子モデルと計算手法の改良を行う。
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| 研究成果の概要 |
本研究では分子動力学ソフトウェアGENESISを用いて、粗視化・全原子・QM/MMモデルを含むマルチスケール分子動力学法を開発し、「富岳」などに最適化・並列化を行い、その成果をフリーソフトウェアとして一般に公開した。この計算基盤を用いて、酵素反応と蛋白質構造ダイナミクスの関係や分子混雑環境における蛋白質と基質結合などの大規模計算を行うとともに、計算と実験の連携によって溶液中や液滴中におけるマルチドメイン蛋白質の動的構造と相互作用を調べた。本研究を通して、従来ブラックボックスであった液滴や細胞内環境における蛋白質の動的構造を原子・残基レベルで解像度で明らかにすることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で開発したマルチスケールMD計算法は、理研を中心に開発しているGENESISソフトウェアに導入され、フリーソフトウェアとしてすでに公開されている。アカデミアの研究者だけでなく、機能性材料や創薬開発などを行う産業界の研究者の中にも徐々に利用者が増えており、社会的意義も大きい。また、本研究で取り組んだ細胞内環境での酵素反応ダイナミクスや液滴形成と制御における蛋白質構造のダイナミクスの解析は、実験と理論の垣根を超えて、細胞内環境での生命現象を理解するために必要な研究であり学術的な意義がある。
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| 評価記号 |
事後評価所見 (区分)
A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの成果があった
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評価記号 |
中間評価所見 (区分)
A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの進展が認められる
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