計算機シミュレーションで探るアミロイドベータペプチドのオリゴマー形成過程

• 研究課題/領域番号: 24740296
• 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: 分子科学研究所
• 研究代表者: 伊藤 暁 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 助教 (90595381)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2014年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2013年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2012年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: アミロイド線維形成 / 分子シミュレーション / アミロイド形成 / 国際情報交換

研究成果の概要

新たなシミュレーション手法として、レプリカ置換法及びハミルトニアンレプリカ置換法の開発に成功した。これらの手法を用いることで従来のシミュレーション手法と比較して生体分子の効率的な構造探索が可能となった。これらの手法を用いてアミロイドベータペプチドのオリゴマー形成過程を原子レベルで調べた結果、アミロイドベータペプチド分子同士が近付くとベータ-ヘアピン構造が増加することが分かった。このような分子内ベータ-シート構造が存在すると、さらに分子同士が近付いた時にアミロイド線維中で見られるような分子間ベータ-シート構造が形成されやすいことが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Redox-dependent conformational transition of catalytic domain of protein disulfide isomerase indicated by crystal structure-based molecular dynamics simulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Koya Inagaki, Tadashi Satoh, Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura, Koichi Kato
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 619 ページ: 203-207
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2014.11.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amyloid fibril disruption by ultrasonic cavitation: Nonequilibrium molecular dynamics simulations (2014)
  • 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
  • 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 simulations (2014)
  • 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
  • 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 simulations (2014)
  • 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
  • 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 simulation (2013)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decomposition-order effects of time-integrator on ensemble averages for the Nose-Hoover thermostat (2013)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hamiltonian replica-permutation method and its applications to an alanine dipeptide and amyloid-beta (29-42) peptides (2013)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Replica-permutation method with the Suwa-Todo algorithm beyond the replica-exchange method (2013)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coulomb replica-exchange method: Handling electrostatic attractive and repulsive forces for biomolecules (2013)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] On-the-fly reconstruction of free-energy profiles using logarithmic mean-force dynamics (2013)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Morishita, Satoru. G. Itoh, Hisashi Okumura, Masuhiro Mikami
  • 雑誌名: Journal of Computational Chemistry 巻: 34 号: 16 ページ: 1375-1384
  • DOI: 10.1002/jcc.23267
  • 査読あり
• [学会発表] Dimer formation of Abeta(29-42) studied by the Hamiltonian replica-permutation method (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura
  • 学会等名: The 3rd International Symposium “Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions”
  • 発表場所: 合歓の郷(三重県志摩市)
  • 年月日: 2015-01-10
• [学会発表] クーロンレプリカ置換分子動力学シミュレーションによるAbeta(29-42)の二量体形成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤暁、奥村久士
  • 学会等名: 第２８回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 仙台市民会館(宮城県仙台市)
  • 年月日: 2014-11-14
• [学会発表] Dimerization of Abeta fragments by the Hamiltonian replica-permutation method (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura
  • 学会等名: International Symposium on Extended Molecular Dynamics and Enhanced Sampling: Nose Dynamics 30 Years
  • 発表場所: 慶應大学(東京都港区)
  • 年月日: 2014-11-10
• [学会発表] Applications of the Hamiltonian replica-permutation molecular dynamics simulations to Abeta fragments (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura
  • 学会等名: 第５２回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] Hamiltonian replica-permutation method and its application to Abeta fragments (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura
  • 学会等名: 2014 International Biophysics Congress
  • 発表場所: Brisbane, Australia
  • 年月日: 2014-08-04
• [学会発表] ハミルトニアンレプリカ置換法によるA(29-42)の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤暁、奥村久士
  • 学会等名: 第１４回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 横浜産貿ホール マリネリア(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2014-06-26
• [学会発表] Free-energy calculation by the replica-permutation method for biomolecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura
  • 学会等名: ICCMSE 2014 10th International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering
  • 発表場所: Athens, Greece
  • 年月日: 2014-04-04
  • 招待講演
• [学会発表] Replica-permutation method to enhance sampling efficiency (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura
  • 学会等名: The 2nd International Symposium “Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions”
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] ハミルトニアンレプリカ置換法を用いたAbetaフラグメントの研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤暁、奥村久士
  • 学会等名: 平成２５年度生物物理中部支部会
  • 発表場所: 分子科学研究所（愛知県）
• [学会発表] 新たな拡張アンサンブル法：レプリカ置換法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤暁、奥村久士
  • 学会等名: 第１６回理論化学討論会
  • 発表場所: 福岡市健康づくりサポートセンター(福岡県)
• [学会発表] レプリカ交換法からレプリカ置換法へ (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤暁、奥村久士
  • 学会等名: 第１３回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: とりぎん文化会館(鳥取県)
• [学会発表] Replica-Permutation Method for Biomolecules as a Better Alternative to Replica-Exchange Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura
  • 学会等名: 9th European Biophysics Congress
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
• [学会発表] 諏訪・藤堂法を用いた拡張アンサンブル法：レプリカ置換法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤暁、奥村久士
  • 学会等名: 日本物理学会２０１３年度秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学(t徳島県)
• [学会発表] 拡張アンサンブル法による効率的サンプリングに基づく自由エネルギー計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤暁、奥村久士
  • 学会等名: 第４回計算統計物理学研究会
  • 発表場所: 山口大学(山口県)
  • 招待講演
• [学会発表] Efficient sampling for biomolecules by the replica-permutation method (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura
  • 学会等名: 第５１回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会議場(京都府)
• [学会発表] New generalized ensemble algorithm without the detailed balance condition (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura
  • 学会等名: 3rd International Conference on Molecular Simulation
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] クーロンレプリカ交換法のAβ(29-42)への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤暁、奥村久士
  • 学会等名: アジア連携分子研研究会「実験及び理論研究手法の開拓と新規物性探索への展開」
  • 発表場所: 分子科学研究所（愛知県）
  • 招待講演
• [学会発表] クーロンレプリカ交換法のAβフラグメントへの応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤暁、奥村久士
  • 学会等名: 第１２回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県）
• [学会発表] クーロンレプリカ交換法によるAβ(29-42)の構造探索 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤暁、奥村久士
  • 学会等名: 第６回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京大学（東京都）
• [学会発表] Studies on an Abeta fragment by the Coulomb replica-exchange method (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoru. G. Itoh, Hisashi Okumura
  • 学会等名: 第５０回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
• [学会発表] Coulomb Replica-Exchange Method and Its Applications (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoru. G. Itoh
  • 学会等名: 2012 NCTS November Workshop on Critical Phenomena and Complex Systems
  • 発表場所: Taipei, TAIWAN
  • 招待講演
• [学会発表] 水中のAフラグメントに対するクーロンレプリカ交換分子動力学シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤暁、奥村久士
  • 学会等名: 第２６回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 九州大学西新プラザ（福岡県）