| 研究課題/領域番号 |
21K03489
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
苙口 友隆 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (90589821)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | 蛋白質構造の自由エネルギー地形 / 分子動力学シミュレーション / 蛋白質-水分子間相互作用 / 構造アンサンブル最適化法 / 情報量空間 / 溶液Ｘ線散乱 / 溶媒和自由エネルギー / MDシミュレーション / 分子力場 / 構造アンサンブル最適化 / 蛋白質 / 構造アンサンブル / X線溶液散乱 / 蛋白質分子力場 / 水素結合 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
子動力学法(MD)は生体分子機能の研究において極めて有用であるが、近年の計算機の発達により可能になったマイクロ秒MDによって、MD計算に必要な分子力場が未だに蛋白質構造の安定性を再現できていないことが顕著になりつつある。研究代表者は、蛋白質構造形成に重要な水素結合を正しく扱うためには、原子を点電荷として近似する従来の分子力場ではなく、研究代表者が開発した、極性原子を複数の電荷点で表す近似が必要であることを示してきた。そこで、本研究では、多点電荷原子モデルを導入した分子力場を電荷分布と共有結合項の両方に関して最適化を行うことで、蛋白質構造の安定性を再現できる高信頼度の分子力場を開発する。
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| 研究成果の概要 |
蛋白質-水分子間相互作用は、蛋白質構造の自由エネルギー地形を決定づける重要因子であるため、その正しい取り扱いは分子動力学(MD)シミュレーションにおいて必須である。しかしながら、現在の分子力場では蛋白質-水分子間相互作用を正しく取り扱えておらず、蛋白質構造の自由エネルギー地形に関する実験データをMDが再現することは未だ困難である。したがって、蛋白質-水分子間相互作用には最適化が必要であり、その参照データとして実験データから蛋白質構造の自由エネルギー地形を可視化する必要がある。本研究では、情報理論の枠組みを用いて実験データとMDデータを統合することで自由エネルギー地形を可視化する手法を開発した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
従来研究においても、蛋白質自由エネルギー地形を可視化するために、実験データとMDデータの統合的解析方法が開発されてきたが、それらは経験的なものであり、数学的根拠があり、かつ真の構造分布を高精度で再現することに成功した手法はERICS法が最初である。近年、疾患に繋がるような細胞内環境の変化や遺伝子変異は、原因蛋白質の自由エネルギー地形を変調していることが報告されるようになってきた。したがって、ERICS法によって、多様な蛋白質の自由エネルギー地形が可視化できるようになれば、蛋白質の機能発揮機構を明らかにする生物物理研究のみならず、疾患の分子機序を調べる医学的研究等にも貢献できることが期待される。
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