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新しい分子動力学シミュレーション手法の開発とタンパク質折りたたみ問題への応用

研究課題

研究課題/領域番号 23740325
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 生物物理・化学物理
研究機関大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設)

研究代表者

奥村 久士  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 計算科学研究センター, 准教授 (80360337)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2012年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2011年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード分子動力学 / タンパク質 / ペプチド / 分子動力学法 / シミュレーション
研究成果の概要

タンパク質のシミュレーションが難しい理由は,自由エネルギー曲面に多くの極小状態があるからである.この問題を解決するために提案されてきた手法の1つがレプリカ交換法である.
本研究では狙った構造に近づくように力をかける「へリックス・ストランドレプリカ交換法」を提案し,ペプチドに応用した.その結果,この方法では通常のレプリカ交換法よりも天然構造により近づけ,折りたたみにより成功した.
さらに「レプリカ置換法」を提案した.この手法では2つのレプリカ間だけで温度を交換するのではなく,3つ以上のレプリカ間で温度を置換する.この方法を用いることでレプリカ交換法よりも効率的なサンプリングを実現できることを示した.

報告書

(5件)
  • 2014 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2013 実施状況報告書
  • 2012 実施状況報告書
  • 2011 実施状況報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2015 2014 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (14件) (うち査読あり 14件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (29件) (うち招待講演 18件)

  • [雑誌論文] Transformation between α-helix and β-sheet structures of one and two polyglutamine peptides in explicit water molecules by replica-exchange molecular dynamics simulations2014

    • 著者名/発表者名
      H.-L. Chiang, C.-J. Chen, H. Okumura, and C.-K. Hu
    • 雑誌名

      J. Comput. Chem.

      巻: 35 号: 19 ページ: 1430-1437

    • DOI

      10.1002/jcc.23633

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dimerization process of amyloid-β(29-42) studied by the Hamiltonian replica-permutation molecular dynamics simulations2014

    • 著者名/発表者名
      S. G. Itoh and H. Okumura
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 118 号: 39 ページ: 11428-11436

    • DOI

      10.1021/jp505984e

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Amyloid fibril disruption by ultrasonic cavitation: Nonequilibrium molecular dynamics simulations2014

    • 著者名/発表者名
      H. Okumura and S. G. Itoh
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 136 号: 30 ページ: 10549-10552

    • DOI

      10.1021/ja502749f

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Manifold correction method for the Nose-Hoover and Nose-Poincare molecular dynamics simulations2014

    • 著者名/発表者名
      H. Okumura, S. G. Itoh, A. M. Ito, H. Nakamura, and T. Fukushima
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 83 号: 2 ページ: 24003-24003

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.024003

    • NAID

      40019984185

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transformation of a design peptide between the alpha-helix and beta-hairpin structures by a helix-strand replica-exchange molecular dynamics simulation2013

    • 著者名/発表者名
      H. Okumura and S. G. Itoh
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 15 号: 33 ページ: 13852-13861

    • DOI

      10.1039/c3cp44443k

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pressure-induced helical structure of a peptide studied by simulated tempering molecular dynamics simulations2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Mori and H. Okumura
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Lett.

      巻: 4 号: 12 ページ: 2079-2083

    • DOI

      10.1021/jz400769w

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Decomposition-order effects of time-integrator on ensemble averages for the Nose-Hoover thermostat2013

    • 著者名/発表者名
      S. G. Itoh, T. Morishita, and H. Okumura
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 139 号: 6 ページ: 64103-64103

    • DOI

      10.1063/1.4817194

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hamiltonian replica-permutation method and its applications to an alanine dipeptide and amyloid-beta (29-42) peptides2013

    • 著者名/発表者名
      S. G. Itoh and H. Okumura
    • 雑誌名

      J. Comput. Chem.

      巻: 34 号: 29 ページ: 2493-2497

    • DOI

      10.1002/jcc.23402

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cutoff effect in the Nose-Poincare and Nose-Hoover thermostats2013

    • 著者名/発表者名
      T. Sakaguchi and H. Okumura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn

      巻: 82 号: 3 ページ: 034001-034001

    • DOI

      10.7566/jpsj.82.034001

    • NAID

      40019609368

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coulomb replica-exchange method: Handling electrostatic attractive and repulsive forces for biomolecules2013

    • 著者名/発表者名
      S. G. Itoh and H. Okumura
    • 雑誌名

      J. Comput. Chem.

      巻: 34 号: 8 ページ: 622-639

    • DOI

      10.1002/jcc.23167

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Replica-permutation method with the Suwa-Todo algorithm beyond the replica-exchange method2013

    • 著者名/発表者名
      S. G. Itoh and H. Okumura
    • 雑誌名

      J. Chem. Theory Comput.

      巻: 9 号: 1 ページ: 570-581

    • DOI

      10.1021/ct3007919

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature and pressure denaturation of chignolin: Folding and unfolding simulation by multibaric-multithermal molecular dynamics method2012

    • 著者名/発表者名
      H. Okumura
    • 雑誌名

      Proteins

      巻: 80 号: 10 ページ: 2397-2416

    • DOI

      10.1002/prot.24125

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Length dependence of polyglycine conformations in vacuum2011

    • 著者名/発表者名
      S. G. Itoh and H. Okumura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn

      巻: 80 号: 9 ページ: 094801-094801

    • DOI

      10.1143/jpsj.80.094801

    • NAID

      40018996934

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimization of partial multicanonical molecular dynamics simulations applied to an alanine dipeptide in explicit water2011

    • 著者名/発表者名
      H. Okumura
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 13 号: 1 ページ: 114-126

    • DOI

      10.1039/c0cp00371a

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Nonequilibrium and generalized-ensemble molecular dynamics simulations for amyloid fibril2015

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Okumura
    • 学会等名
      11th International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering
    • 発表場所
      Athens, Greece
    • 年月日
      2015-03-20 – 2015-03-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アミロイド線維の形成初期過程と破壊の分子動力学シミュレーション2015

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      スーパーコンピュータワークショップ2015
    • 発表場所
      分子科学研究所(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2015-01-29 – 2015-01-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] All-atom molecular dynamics simulations of amyloid-fibril disruption and peptide oligomerization2014

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Okumura
    • 学会等名
      Mini Symposium
    • 発表場所
      Institute for Molecular Science, Okazaki, Aichi, Japan
    • 年月日
      2014-12-17
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アミロイド線維の破壊と形成初期過程の分子動力学シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      第二回CUTEシンポジウム
    • 発表場所
      三重大学(三重県津市)
    • 年月日
      2014-10-30 – 2014-10-31
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular dynamics simulations for amyloid fibril disruption and dimerization of amyloid-beta peptides2014

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Okumura
    • 学会等名
      2nd International Conference on Computational Science and Engineering
    • 発表場所
      Ho Chi Minh City, Vietnam
    • 年月日
      2014-08-21 – 2014-08-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Generalized-ensemble molecular dynamics simulations2014

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Okumura
    • 学会等名
      UST-Sokendai Joint Seminar on Computational Sciences
    • 発表場所
      Daejeon, Korea
    • 年月日
      2014-07-29 – 2014-08-01
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] キャビテーションによるアミロイド破壊の非平衡分子動力学シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      山手イブニングセミナー
    • 発表場所
      岡崎統合バイオサイエンスセンター(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2014-06-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Generalized-ensemble algorithms to determine free-energy landscape of proteins2014

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Okumura
    • 学会等名
      10th International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering
    • 発表場所
      Athens, Greece
    • 年月日
      2014-04-04 – 2014-04-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Replica-permutation molecular dynamics simulation of biomolecules2014

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Okumura
    • 学会等名
      Pure and Applied Chemistry International Conference 2014
    • 発表場所
      Centara Hotel, Khon Kaen, Thailand
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Replica-permutation method for protein simulation and amyloid disruption by cavitation in non-equilibrium molecular dynamics simulation2014

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Okumura
    • 学会等名
      Joint IMS-KU workshop on molecular sciences towards green sustainability
    • 発表場所
      Kasetsart University, Bangkok, Thailand
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Introduction to molecular dynamics simulation and its application2013

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Okumura
    • 学会等名
      Sokendai Asian Winter School, National Institute for Fusion Science
    • 発表場所
      National Institute for Fusion Science, Toki, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Replica-permutation method for protein simulations and pressure-induced denaturation2013

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Okumura
    • 学会等名
      Sixth Japan-Korea Seminars on Biomolecular Sciences
    • 発表場所
      Institute for Molecular Science, Okazaki, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular dynamics simulations for amyloid disruption by supersonic wave2013

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Okumura
    • 学会等名
      2013 NCTS November Workshop on Critical Phenomena and Complex Systems
    • 発表場所
      Academia Sinica, Taipei, Taiwan
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] New Type of the Hamiltonian Replica-Exchange Molecular Dynamics Method2012

    • 著者名/発表者名
      H. Okumura
    • 学会等名
      2012 NCTS Spring Workshop on Critical Phenomena and Complex Systems
    • 発表場所
      Academia Sinica, Taipei, Taiwan
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multibaric-multithermal molecular dynamics simulations for temperature and pressure denaturation of a protein2012

    • 著者名/発表者名
      H. Okumura
    • 学会等名
      The 17th Biophysics Conference of Biophysical Society of Republic of China
    • 発表場所
      Academia Sinica, Taipei, Taiwan
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] All-Atom Generalized-Ensemble Molecular Dynamics Simulations of Proteins2012

    • 著者名/発表者名
      H. Okumura
    • 学会等名
      5th Japan-Russia International Workshop “Molecular Simulation Studies in Material and Biological Sciences”
    • 発表場所
      Joint Institute for Nuclear Research, Moscow, Russia
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Generalized-ensemble Molecular Dynamics Simulations for Temperature and Pressure Denaturation of a Protein2012

    • 著者名/発表者名
      H. Okumura
    • 学会等名
      Indo-Japan Workshop on Recent Advances in Spectroscopy and Microscopy: Fundamentals and Applications to Materials and Biology
    • 発表場所
      Hyderabad University, Hyderabad, India
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Helix-strand replica-exchange molecular dynamics method and its application2012

    • 著者名/発表者名
      H. Okumura
    • 学会等名
      2012 NCTS November Workshop on Critical Phenomena and Complex Systems
    • 発表場所
      Academia Sinica, Taipei, Taiwan
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Temperature and pressure denaturation of a protein and peptide by multibaric-multithermal molecular dynamics simulations

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      Forth Japan-Korea Seminar on Biomolecular Sciences - Experiments and Simulations(招待講演)
    • 発表場所
      Cultural Center of Todaiji-Temple, Nara, Japan
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] Temperature and pressure denaturation of a protein by all-atom generalized-ensemble molecular dynamics simulations

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      2011 Taiwan International Workshop on Biological Physics and Complex Systems(招待講演)
    • 発表場所
      Academia Sinica, Taipei, Taiwan
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] Protein simulations by new generalized-ensemble molecular dynamics algorithms

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      The 5th Mini-Symposium on Liquids(招待講演)
    • 発表場所
      Okayama University, Okayama, Japan
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] Multibaric-multithermal molecular dynamics simulations of alanine dipeptide and chignolin

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      2011 NCTS June Workshop on Critical Phenomena and Complex Systems(招待講演)
    • 発表場所
      Academia Sinica, Taipei, Taiwan
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] タンパク質シミュレーションのための新しい拡張アンサンブル分子動力学法

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      「非平衡を制御する科学」第2回研究会(招待講演)
    • 発表場所
      鳥取大学(鳥取県)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] 拡張アンサンブル分子動力学法によるタンパク質の温度・圧力変性

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      「自然科学における階層と全体」シンポジウム(招待講演)
    • 発表場所
      安保ホール(愛知県)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] 拡張アンサンブル分子動力学法の開発とタンパク質への応用

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      「非平衡を制御する科学」第1回研究会(招待講演)
    • 発表場所
      核融合科学研究所(岐阜県)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] マルチバーリック・マルチサーマル分子動力学シミュレーションによるシニョリンの温度・圧力変性

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      第25回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] シニョリンのマルチバーリック・マルチサーマル分子動力学シミュレーション

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      日本物理学会 2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] マルチバーリック・マルチサーマル分子動力学法によるシニョリンの温度・圧力変性

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      日本生物物理学会 第49回年会
    • 発表場所
      兵庫県立大学(兵庫県)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] マルチバーリック・マルチサーマル分子動力学シミュレーションによるシニョリンの温度・圧力変性の研究

    • 著者名/発表者名
      奥村久士
    • 学会等名
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      ホテル阪急エキスポパーク(大阪)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書

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公開日: 2011-08-05   更新日: 2019-07-29  

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