| 研究課題/領域番号 |
19J14515
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分43040:生物物理学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
新稲 亮 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
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| キーワード | 分子動力学 / 粗視化 / モンテカルロ法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
生物の身体を構成している細胞の中では、精巧な分子機械が多様な化学反応を制御し、生命の複雑な機能を支えている。この機構の理解は、医療や創薬のみならず、物理学や化学など広い分野で重要視されている。実験での観察が難しい分子の細かな機構を調査する際は分子シミュレーションが強力な道具になるが、化学反応のシミュレーションは複雑であるため、計算できる分子の大きさは限られている。この研究では、まず新しいシミュレーション技法を創り出し、それを用いて細胞がその機能をどのように制御しているかを明らかにすることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
細胞の複雑な機能は、多様な分子機械の協同的な働きによって実現されている。その詳細な分子機構の調査には分子シミュレーションが便利な道具となるが、化学反応を含むようなシミュレーションは計算コストが高く、シミュレーションできる時間スケールは限られる。この研究では、粗視化分子動力学とモンテカルロ法を組み合わせることによってこの計算コストを削減し、それを用いてそれを用いて細胞がその機能をどのように制御しているかを明らかにすることを目指す。
本年度の主な成果として、まず、核酸の化学反応に重要な役割を果たすマグネシウムイオンのモデル化を行った。構造パラメータは、結晶構造と、DNA-タンパク質複合体のそれぞれのマグネシウム状態での全原子計算によって決定した。DNA-イオン間の相互作用には方向依存的な相互作用を導入した。このモデルは今回の系のみならず、パラメータの調整によって他のタンパク質・核酸複合体の粗視化分子動力学シミュレーションや、イオン以外のリガンドの表現にも転用できる、広く利用可能なモデルである。このモデルを導入した系において拡張サンプリングを行い、DNAの位置について自由エネルギー地形を計算し、一分子実験の結果から提案されているモデルとの訂正的な一致を得た。
並行して、モンテカルロ計算での反応の条件を精緻化するため、QM/MM法によって反応経路の探索を行った。あらかじめ既存研究から予測されている反応経路に従って外力を導入し、反応経路の候補を得た後、各点においてシミュレーションを行い、外力に対する補正を行った。この経路での構造パラメータを粗視化シミュレーション内にパラメータとして導入した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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