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タンパク質間相互作用を標的とする薬剤分子設計技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20H04280
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分62010:生命、健康および医療情報学関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

大上 雅史  東京工業大学, 情報理工学院, 助教 (50743209)

研究分担者 山本 一樹  東京大学, アイソトープ総合センター, 特任助教 (90758301)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2020年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
キーワード創薬支援 / タンパク質間相互作用 / AI創薬 / 分子設計 / ケモインフォマティクス / 医薬品設計 / 機械学習 / 高性能計算 / バイオインフォマティクス / インタラクトーム
研究開始時の研究の概要

タンパク質間相互作用 (PPI) を対象としたIT創薬手法の確立は、これまでに治療が叶わなかった疾病の根治や、創薬産業の加速に必須である。PPIを狙う創薬では、①未知のPPIの可能性が網羅的に調べられていないこと、②PPIを標的とする医薬品の計算設計技術がほとんど無いこと、の2点が大きな課題となっている。本研究は、未知のPPIを標的とした薬剤分子の設計を可能にする創薬支援技術の研究開発を行う。網羅的なPPI予測と、機械学習によるPPI標的候補化合物設計技術の開発、in vitro実験による検証を通じて、PPIを標的とする分子設計支援を達成する。

研究成果の概要

本研究課題は、タンパク質間相互作用 (Protein-Protein Interaction, PPI) を標的とする創薬の支援を目的とし、計算による分子デザイン技術の開発を行った。期間中にAlphaFold2の発表などがあり、当初の計画を修正しながら様々なアプローチを探った。PPI阻害剤が持つ特有の物性を加味したスコアリングQEPPIや、それに基づく仮想分子生成技術の開発、AlphaFold2による複合体予測やbinderペプチド予測などの予測技術を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

計算によって標的に対する適切な分子を提案できるようになることは、多大なコストがかかっている創薬研究開発の効率化につながる。特に、前臨床に至る前までに標的活性のほかにも懸念される物性などの観点をクリアできることが重要であり、「良い」性質の分子を提案できる計算技術の存在はきわめて重要である。本研究成果は、PPIを標的とする分子の設計という難易度が高い課題に挑戦し、創薬の効率化に寄与する成果が得られたという点で大きな社会的意義を持つものである。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (66件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (19件) (うち国際共著 4件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (40件) (うち招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] I2BC(フランス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Barcelona Supercomputing Center(スペイン)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] I2BC(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Barcelona Supercomputing Center(スペイン)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] リヨン大学/CNRS(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] CycPeptMPDB: A Comprehensive Database of Membrane Permeability of Cyclic Peptides2023

    • 著者名/発表者名
      Li Jianan、Yanagisawa Keisuke、Sugita Masatake、Fujie Takuya、Ohue Masahito、Akiyama Yutaka
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Information and Modeling

      巻: 63 号: 7 ページ: 2240-2250

    • DOI

      10.1021/acs.jcim.2c01573

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Generating Potential Protein-Protein Interaction Inhibitor Molecules Based on Physicochemical Properties2023

    • 著者名/発表者名
      Ohue M, Kojima Y, Kosugi T
    • 雑誌名

      Preprints.org

      巻: -

    • DOI

      10.20944/preprints202305.0704.v1

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Editorial: Web Tools for Modeling and Analysis of Biomolecular Interactions2022

    • 著者名/発表者名
      Andreani Jessica、Ohue Masahito、Jimenez-Garcia Brian
    • 雑誌名

      Frontiers in Molecular Biosciences

      巻: 9

    • DOI

      10.3389/fmolb.2022.875859

    • 関連する報告書
      2022 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] AlphaFold2の登場と創薬への影響2022

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 雑誌名

      革新的AI創薬~医療ビッグデータ、人工知能がもたらす創薬研究の未来像

      巻: - ページ: 164-175

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Compound Virtual Screening by Learning-to-Rank with Gradient Boosting Decision Tree and Enrichment-based Cumulative Gain2022

    • 著者名/発表者名
      Furui K, Ohue M
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE CIBCB 2022

      巻: - ページ: 1-7

    • DOI

      10.1109/cibcb55180.2022.9863032

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solubility-Aware Protein Binding Peptide Design Using AlphaFold2022

    • 著者名/発表者名
      Kosugi T, Ohue M
    • 雑誌名

      Biomedicines

      巻: 10 号: 7 ページ: 1626-1626

    • DOI

      10.3390/biomedicines10071626

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 中分子ペプチド創薬のインフォマティクス2022

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 巻
      41
    • ページ
      20
    • DOI

      10.18958/7173-00001-0000342-00

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantitative Estimate of Protein-Protein Interaction Targeting Drug-likeness2021

    • 著者名/発表者名
      Kosugi T, Ohue M
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE CIBCB 2021

      巻: - ページ: 1-8

    • DOI

      10.1109/cibcb49929.2021.9562931

    • NAID

      120007172602

    • 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] Drug-target affinity prediction using applicability domain based on data density2021

    • 著者名/発表者名
      Sugita S, Ohue M
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE CIBCB 2021

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/cibcb49929.2021.9562808

    • 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] MEGADOCK-Web-Mito: human mitochondrial protein-protein interaction prediction database2021

    • 著者名/発表者名
      Ohue M, Watanabe H, Akiyama Y.
    • 雑誌名

      In Proceedings of The 27th International Conference on Parallel & Distributed Processing Techniques and Applications (PDPTA’21)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] MEGADOCK-GUI: a GUI-based complete cross-docking tool for exploring protein-protein interactions2021

    • 著者名/発表者名
      Ohue M, Akiyama Y
    • 雑誌名

      In Proceedings of The 27th International Conference on Parallel & Distributed Processing Techniques and Applications (PDPTA’21)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-Performance Cloud Computing for Exhaustive Protein-Protein Docking2021

    • 著者名/発表者名
      Ohue M, Aoyama K, Akiyama Y
    • 雑誌名

      Advances in Parallel & Distributed Processing and Applications

      巻: - ページ: 737-746

    • DOI

      10.1007/978-3-030-69984-0_53

    • ISBN
      9783030699833, 9783030699840
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative Estimate Index for Early-Stage Screening of Compounds Targeting Protein-Protein Interactions2021

    • 著者名/発表者名
      Kosugi T, Ohue M
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 号: 20 ページ: 10925-10925

    • DOI

      10.3390/ijms222010925

    • 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] Quantitative Estimate of Protein-Protein Interaction Targeting Drug-likeness2021

    • 著者名/発表者名
      Kosugi T, Ohue M
    • 雑誌名

      ChemRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.26434/chemrxiv.14489769.v1

    • NAID

      120007172602

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Drug-target affinity prediction using applicability domain based on data density.2021

    • 著者名/発表者名
      Sugita S, Ohue M
    • 雑誌名

      ChemRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.26434/chemrxiv.14498688.v1

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Re-ranking of computational protein-peptide docking solutions with amino acid profiles of rigid-body docking results2020

    • 著者名/発表者名
      Ohue M
    • 雑誌名

      Advances in Computer Vision and Computational Biology

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2020.05.12.092007

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High-performance cloud computing for exhaustive protein-protein docking2020

    • 著者名/発表者名
      Ohue M, Aoyama K, Akiyama Y
    • 雑誌名

      Advances in Parallel & Distributed Processing and Applications

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 構造情報に基づくタンパク質間相互作用の計算予測2020

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 雑誌名

      ファインケミカル

      巻: 10月号 ページ: 25-31

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Evaluation of CONSRANK-Like Scoring Functions for Rescoring Ensembles of Protein?Protein Docking Poses2020

    • 著者名/発表者名
      Launay G, Ohue M, Santero JP, Matsuzaki M, Hilpert C, Uchikoga N, Hayashi T, Martin J
    • 雑誌名

      Frontiers in Molecular Biosciences

      巻: 7 ページ: 559005-559005

    • DOI

      10.3389/fmolb.2020.559005

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 親和性閾値を考慮した適用領域による薬剤標的親和性予測2023

    • 著者名/発表者名
      杉田駿也, 大上雅史
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告 (SIGBIO)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 2種類の言語モデルを用いたタンパク質-化合物相互作用予測手法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      古井海里, 大上雅史
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告 (SIGBIO)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Enhancing Ligand Property and Activity Prediction and Interpretation Using Multiple Molecular Graph Representations2023

    • 著者名/発表者名
      Apakorn Kengkanna, Masahito Ohue
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告 (SIGBIO)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] AlphaFoldの計算創薬への応用と今後2022

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      第434回CBI学会講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質の理解と制御のための構造インフォマティクス2022

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      第65回日本腎臓学会学術総会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] AIが加速する創薬・生命科学2022

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      NVIDIA/湘南アイパーク共催 メンバーシップ入会記念オンラインセミナー 「NVIDIA AI Colloquim」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質間相互作用の理解と制御のための構造インフォマティクス2022

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      第32回バイオメディカル研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Molecular Generation for Protein-Protein Interaction Inhibitor Design focusing on Physicochemical Properties2022

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kojima, Takatsugu Kosugi, Masahito Ohue
    • 学会等名
      第11回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of Compound Virtual Screening Performance Using Learning-to-Rank in Diverse Experimental Scenarios2022

    • 著者名/発表者名
      Kairi Furui, Masahito Ohue
    • 学会等名
      第11回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Drug-target affinity prediction using applicability domain considering the characteristics of the prediction model2022

    • 著者名/発表者名
      Shunya Sugita, Masahito Ohue
    • 学会等名
      第11回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Solubility-Aware Protein Binding Peptide Design Using AlphaFold2022

    • 著者名/発表者名
      Takatsugu Kosugi, Masahito Ohue
    • 学会等名
      第11回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Multiple Molecular Graph Representation Learning and Interpretation for Molecular Property/Activity Prediction in Drug Discovery2022

    • 著者名/発表者名
      Apakorn Kengkanna, 大上雅史
    • 学会等名
      第6回Tokyo Bioinformatics Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 環状ペプチド複合体の構造データベース構築と相互作用解析2022

    • 著者名/発表者名
      冨樫慧乃辰, 大上雅史
    • 学会等名
      第6回Tokyo Bioinformatics Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Investigation of AlphaFold2 predictive structure generation method suitable for structure-based virtual screening2022

    • 著者名/発表者名
      内河慶輔, 古井海里, 大上雅史
    • 学会等名
      第6回Tokyo Bioinformatics Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] AI創薬・生命科学関連技術の進展とそれを支えるGPUソリューション2022

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      CBI学会2022年大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Molecular Generation for Protein-Protein Interaction Inhibitor Design focusing on Physicochemical Properties2022

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kojima, Takatsugu Kosugi, Masahito Ohue
    • 学会等名
      CBI学会2022年大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Lead optimization through active learning using free energy perturbation2022

    • 著者名/発表者名
      Kairi Furui, Masahito Ohue
    • 学会等名
      CBI学会2022年大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質間相互作用を狙う創薬インフォマティクス2022

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      筑波大学計算科学研究センター 計算メディカルサイエンスワークショップ2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 適用領域を考慮した薬剤標的親和性予測2022

    • 著者名/発表者名
      杉田駿也, 大上雅史
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告 (SIGBIO)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] AI・計算科学が加速する生命科学2022

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      日本農芸化学会 産学官若手交流会 第37回さんわかセミナー
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質間相互作用阻害剤設計のための分子生成手法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      兒嶋佑季,小杉孝嗣,大上雅史
    • 学会等名
      情報処理学会第84回全国大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ランク学習を用いた化合物スクリーニングにおける多様なアッセイデータの統合戦略2022

    • 著者名/発表者名
      古井海里,大上雅史
    • 学会等名
      情報処理学会第84回全国大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 自由エネルギー摂動法計算における化合物ネットワーク構造の効率化2021

    • 著者名/発表者名
      杉田駿也, 大上雅史
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告 (SIGMPS)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質構造予測法AlphaFold2の可能性2021

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      中分子創薬に関わる次世代産業研究会(IMD2) 第3回基礎講座
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 並列計算と機械学習による創薬支援インフォマティクス2021

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      産総研AIRC 第51回AIセミナー「生命科学系データサイエンスの最前線」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] TSUBAME 3.0 による Cresset Flare FEP 計算の展開2021

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      CBI学会2021年大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Development of a Quantitative Estimate Index for Early-Stage Screening of Compounds Targeting Protein-Protein Interactions2021

    • 著者名/発表者名
      Takatsugu Kosugi, Masahito Ohue
    • 学会等名
      第10回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of learning-to-rank for ligand-based virtual screening using gradient boosting technique with relevance refinement2021

    • 著者名/発表者名
      Kairi Furi, Masahito Ohue
    • 学会等名
      第10回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Drug-Target Affinity Prediction using applicability domain of feature learning2021

    • 著者名/発表者名
      Shunya Sugita, Masahito Ohue
    • 学会等名
      第10回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] AlphaFold2の登場とオープンサイエンス2021

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      第10回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 適用領域を考慮した薬剤標的親和性予測2021

    • 著者名/発表者名
      杉田駿也, 大上雅史
    • 学会等名
      情報処理学会第83回全国大会, 4ZC-05
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] GBDTによる化合物の血液胎盤関門透過性予測2020

    • 著者名/発表者名
      大上雅史, 古井海里
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告, 2021-BIO-65(8)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] High-performance cloud computing for exhaustive protein-protein docking2020

    • 著者名/発表者名
      Masahito Ohue, Kento Aoyama, Yutaka Akiyama
    • 学会等名
      IPSJ Technical Report, 2020-MPS-129(6)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] インシリコ創薬を支える最先端情報科学2020

    • 著者名/発表者名
      大上雅史, 山本一樹
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会 フォーラム2F-11
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 並列計算を駆使したタンパク質間相互作用予測2020

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 超並列計算と機械学習による創薬支援インフォマティクス2020

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      第418回CBI学会講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 創薬・生命科学研究を加速するインフォマティクス技術2020

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      第1回 先端生物物理学セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 自由エネルギー計算を利用した薬剤標的相互作用予測手法の検討2020

    • 著者名/発表者名
      杉田駿也, 大上雅史
    • 学会等名
      第9回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] GPUスパコンによる細胞スケールのタンパク質間相互作用予測2020

    • 著者名/発表者名
      大上雅史, 青山建人, 秋山泰
    • 学会等名
      生命情報科学若手の会第12回研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 薬のタネを探すインフォマティクス技術2020

    • 著者名/発表者名
      大上雅史
    • 学会等名
      生物工学フォーラム「情報解析が切り拓く創薬・生物工学研究の新展開」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 東京工業大学 大上研究室ウェブサイト

    • URL

      https://www.li.c.titech.ac.jp

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [備考] 大上研究室ウェブサイト

    • URL

      https://www.li.c.titech.ac.jp

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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