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体積変化の計算化学が解明する高圧生体分子反応

研究課題

研究課題/領域番号 25410025
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

優 乙石  国立研究開発法人理化学研究所, 杉田理論分子科学研究室, 研究員 (90402544)

研究協力者 杉田 有治  国立研究開発法人理化学研究所, 杉田理論分子科学研究室, 主任研究員
ワン ポーホン  国立研究開発法人理化学研究所, 杉田理論分子科学研究室, 特別研究員
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2014年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2013年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード高圧 / 細胞環境 / 分子混雑 / 分子動力学 / 蛋白質 / 水和 / 部分モル体積 / 深海 / 分子動力学シミュレーション
研究成果の概要

本研究は、溶液中のタンパク質体積を、全原子モデルを用いた分子動力学計算によって理論的に調査することで、高水圧が蛋白質の構造・ダイナミクスに与える影響を解明する。また、水圧が到達する細胞質はタンパク質や核酸などの生体分子が高濃度で共存している分子混雑環境である。本研究はこのような細胞環境の物理化学的特徴と、その圧力応答を調査することも目的とした。本研究を通して、細胞環境における蛋白質水和体積や、排除体積効果について分子レベルの解明が進んだ。また、研究に必要な分子の幾何学的性質を解析するプログラムを開発し、大規模計算機上で高速に実行できるように並列化した。これらのプログラム群は近日中に公開する。

報告書

(5件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実施状況報告書
  • 2014 実施状況報告書
  • 2013 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2017 2016 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 1件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Influence of Protein Crowder Size on Hydration Structure and Dynamics in Macromolecular Crowding2017

    • 著者名/発表者名
      Po-hung Wang, Isseki Yu, Michael Feig, Yuji Sugita
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 671 ページ: 63-70

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2017.01.012

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] バクテリア細胞質中の代謝物-蛋白質間相互作用:全原子細胞質モデルと大規模分子動力学計算による理論的研究2017

    • 著者名/発表者名
      優乙石, 杉田有治
    • 雑誌名

      分子シミュレーション研究会誌「アンサンブル」

      巻: Vol. 19, No. 2 ページ: 75-80

    • NAID

      130006729057

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Biomolecular interactions modulate macromolecular structure and dynamics in atomistic model of a bacterial cytoplasm2016

    • 著者名/発表者名
      Yu I, Mori T, Ando T, Harada R, Jung J, Sugita Y, Feig M
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 5

    • DOI

      10.7554/elife.19274

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 全原子細胞質モデルと大規模分子動力学計算による細胞内生体分子ダイナミクスの理論的解明2017

    • 著者名/発表者名
      優乙石
    • 学会等名
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の今と未来」
    • 発表場所
      東京大学 千葉県柏市
    • 年月日
      2017-04-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical Study of the Influence of Cellular Crowding on the Dynamics and Interactions of proteins2016

    • 著者名/発表者名
      優乙石、森貴治、安藤格士、Jaewoon Jung、原田隆平、Michael Feig、杉田有治
    • 学会等名
      第39回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜 神奈川県横浜市
    • 年月日
      2016-12-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Influence of Macromolecular Crowding on the Dynamics and Interactions of proteins: All-atom Molecular Dynamics Study2016

    • 著者名/発表者名
      Isseki Yu, Takaharu Mori, Tadashi Ando, Ryuhei Harada, Jaewoon Jung, Michael Feig, Yuji Sugita
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      エポカルつくば 茨城県つくば市
    • 年月日
      2016-11-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] バクテリア細胞質中の混み合い環境下における蛋白質と代謝物の全原子分子動力学シミュレーション2015

    • 著者名/発表者名
      Isseki Yu, Takaharu Mori, Jaewoon Jung, Tadashi Ando, Ryuhei Harada, Michael Feig, Yuji Sugita
    • 学会等名
      38回日本分子生物学会年会、88回 日本生化学大会 合同大会
    • 発表場所
      兵庫県・神戸市
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 細胞内環境での蛋白質の分子運動と機能2015

    • 著者名/発表者名
      Isseki Yu, Takaharu Mori, Jaewoon Jung, Tadashi Ando, Ryuhei Harada, Michael Feig, Yuji Sugita
    • 学会等名
      生命医薬情報学連合大会2015大会スポンサーセッション生命科学におけるインフォマティクスと物理化学の融合
    • 発表場所
      京都・京都大学・宇治キャンパス
    • 年月日
      2015-10-30
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamics, Stability, and Interactions of Proteins and Metabolites in Bacterial Cytoplasm: All-atom Molecular Dynamics Study2015

    • 著者名/発表者名
      Isseki Yu, Takaharu Mori, Jaewoon Jung, Tadashi Ando, Ryuhei Harada, Michael Feig, Yuji Sugita
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      石川県・金沢大学
    • 年月日
      2015-09-15
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Atomistic Molecular Dynamics Simulation of a Complete Model of Bacterial Cytoplasm2015

    • 著者名/発表者名
      Isseki Yu, Takaharu Mori, Jaewoon Jung, Tadashi Ando, Ryuhei Harada, Michael Feig, Yuji Sugita
    • 学会等名
      International Conference on Computational Methods (ICCM) 2015
    • 発表場所
      ニュージーランド・オークランド
    • 年月日
      2015-07-15
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] All-atom Molecular Dynamics Simulation of the Complete Model of Bacterial Cytoplasm”2014

    • 著者名/発表者名
      Isseki Yu, Takaharu Mori, Jaewoon Jung, Tadashi Ando, Ryuhei Harada, Michael Feig, Yuji Sugita
    • 学会等名
      第5回AICS国際シンポジウム
    • 発表場所
      計算科学研究機構/神戸市/兵庫県
    • 年月日
      2014-12-08 – 2014-12-09
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Po-hung Wang, Isseki Yu, Michael Feig, and Yuji Sugita2014

    • 著者名/発表者名
      The solvent-accessible surface area of proteins affects water structure and dynamics
    • 学会等名
      第5回AICS国際シンポジウム
    • 発表場所
      計算科学研究機構/神戸市/兵庫県
    • 年月日
      2014-12-08 – 2014-12-09
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Dynamics and Interactions of Macromolecules in the Bacterial Cytoplasm: All-atom Molecular Dynamics Study2014

    • 著者名/発表者名
      Isseki Yu, Takaharu Mori, Jaewoon Jung, Tadashi Ando, Ryuhei Harada, Michael Feig, Yuji Sugita
    • 学会等名
      日本生物物理学会第52回年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター/札幌/北海道
    • 年月日
      2014-09-25 – 2014-09-27
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] The solvent-accessible surface area of proteins affects water structure and dynamics2014

    • 著者名/発表者名
      Po-hung Wang, Isseki Yu, Michael Feig, and Yuji Sugita
    • 学会等名
      日本生物物理学会第52回年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター/札幌/北海道
    • 年月日
      2014-09-25 – 2014-09-27
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Dynamics and Interactions of Macromolecules in the Cytoplasm of Mycoplasma Genitalium: All-atom Molecular Dynamics Study2014

    • 著者名/発表者名
      Isseki Yu, Takaharu Mori, Jaewoon Jung, Tadashi Ando, Ryuhei Harada, Michael Feig, Yuji Sugita
    • 学会等名
      Workshop on Computer Modeling and Simulation of Biomolecular Systems
    • 発表場所
      理化学研究所/和光市/埼玉県
    • 年月日
      2014-09-22
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Space-Time Characteristics of the Protein Thermodynamic Quantities under the Molecular Crowding Condition of Cytoplasm in Extremophiles: Kirkwood-Buff Approach Combined with Molecular Dynamics Simulation2014

    • 著者名/発表者名
      Isseki Yu
    • 学会等名
      Biophysical Society 58th Annual Meeting
    • 発表場所
      サンフランシスコ
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Kirkwood-Buff積分法による蛋白質移相自由エネルギーの三次元可視化: 細胞内分子混雑効果の微視的理解に向けて2013

    • 著者名/発表者名
      優 乙石
    • 学会等名
      計算統計物理学第4回研究会
    • 発表場所
      山口大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2014-07-25   更新日: 2019-07-29  

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