結合自由エネルギーを評価関数としたタンパク質複合体構造予測法の開発

• 研究課題/領域番号: 25440070
• 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: 生物物理学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所 (2015); 大阪大学 (2013-2014)
• 研究代表者: 神谷 成敏 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 研究員 (80420462)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2013年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: 自由エネルギー / 分子動力学シミュレーション / 抗原抗体 / 立体構造予測

研究成果の概要

抗原抗体などのタンパク質-タンパク質複合体の構造や親和性を高速かつ高精度で予測する計算方法を開発した。本法は、ラフ・ドッキングによるデコイ生成と、分子動力学シミュレーションにより得られる結合自由エネルギーを評価関数としたデコイのランキングから成る。PPARγに本法を適用したところ、リガンドはR288を経由して解離することが明らかになった。ヘマグルチニン-抗体や、アデノシン受容体-抗体をGB/SAスコアでランキングしたところ、天然構造に近いデコイが上位に入り、非常に良好な結果が得られた。ヘマグルチニン-抗体の結合自由エネルギーはGB/SA法に比べて実験値を良く再現することが確認できた。

研究成果

• [雑誌論文] NMR Characterization of the Interaction of the Endonuclease Domain of MutL with Divalent Metal Ions and ATP (2014)
  • 著者名/発表者名: Mizushima R, Kim JK, Suetake I, Tanaka H, Takai T, Kamiya N, Takano Y, Mishima Y, Tajima S, Goto Y, Fukui K, *Lee YH
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 9 号: 6 ページ: e98554-e98554
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0098554
  • NAID: 120006557621
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Zero-multipole summation method for estimating electrostatic interactions in molecular dynamics : analysis of the accuracy and application to liquid systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Fukuda I, Kamiya N, Nakamura H
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 140 号: 19 ページ: 194307-194307
  • DOI: 10.1063/1.4875693
  • NAID: 120005596268
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure of the entire stalk region of the dynein motor domain (2014)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Nishikawa, Takuji Oyama, Narutoshi Kamiya, Takahide Kon, Yoko Y. Toyoshima, Haruki Nakamura, Genji Kurisu
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 426 号: 19 ページ: 3232-3245
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2014.06.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Specific non-local interactions are not necessary for recovering native protein dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Dasgupta B, Kasahara K, Kamiya N, Nakamura H, Kinjo AR
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 号: 3 ページ: e91347-e91347
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0091347
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular dynamics simulations of a double-stranded DNA in an explicit solvent model with zero-dipole summation method (2013)
  • 著者名/発表者名: Arakawa T, Kamiya N, Nakamura H, Fukuda I
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8 号: 10 ページ: e76606-e76606
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0076606
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulations Accelerated by GPU for Biological Macromolecules with a Non-Ewald Scheme for Electrostatic Interactions (2013)
  • 著者名/発表者名: Mashimo T, Fukunishi Y, Kamiya N, Takano Y, Fukuda I, Nakamura H
  • 雑誌名: J. Chem. Theory Comput 巻: 9 号: 12 ページ: 5599-5609
  • DOI: 10.1021/ct400342e
  • NAID: 120005604144
  • 査読あり
• [学会発表] Ligand binding studies of the nuclear receptor PPARgamma using FRET and MD (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Kamiya, T. Shiraki
  • 学会等名: The 60th annual meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: Los Angeles convention center, Los Angeles, USA
  • 年月日: 2016-02-28
  • 国際学会
• [学会発表] Accurate ensemble modeling of CDR-H3 loop in antibody (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nishigami, G.-J. Bekker, N. Kamiya, J. Higo, H. Nakamura
  • 学会等名: 第５３回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス, 金沢
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] A novel method to determine the optimal unbinding path between receptor and ligand using advanced molecular dynamics simulations (2015)
  • 著者名/発表者名: G.-J. Bekker, N. Kamiya, H. Nakamura
  • 学会等名: 第５３回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス, 金沢
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] In-vitro and in-silico studies of ligand binding to the nuclear receptor PPARgamma using FRET and MD (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Kamiya, G.-J. Bekker, T. Shiraki, H. Nakamura
  • 学会等名: The 29th annual symposium of the Protein Society
  • 発表場所: Fira de Barcelona, Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-23
  • 国際学会
• [学会発表] Development and application of novel non-Ewald methods for calculating electrostatic interactions in molecular simulations (2015)
  • 著者名/発表者名: I. Fukuda, N. Kamiya, H. Wang, K. Kasahara, H. Nakamura
  • 学会等名: The 29th annual symposium of the Protein Society
  • 発表場所: Fira de Barcelona, Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-23
  • 国際学会
• [学会発表] FRET法とRAMD法を用いた核内受容体PPARγのリガンド結合に関する実験・理論的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神谷 成敏、ベッカー ガージャン、白木 琢磨、中村 春木
  • 学会等名: 第１５回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: あわぎんホール, 徳島
  • 年月日: 2015-06-24
• [学会発表] Elastic property of dynein motor domain obtained from all-atom molecular dynamics simulations in explicit water (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Kamiya, T. Mashimo, Y. Takano, T. Kon, G. Kurisu, H. Nakamura
  • 学会等名: Biophysical society 59th annual meeting
  • 発表場所: Baltimore convention center, Baltimore, USA
  • 年月日: 2015-02-07 – 2015-02-11
• [学会発表] 溶媒を陽に考慮した全原子分子動力学シミュレーションから得られたダイニンの弾性 (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Kamiya, T. Mashimo, Y. Takano, T. Kon, G. Kurisu, H. Nakamura
  • 学会等名: 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
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Model building of antibody-antigen complex structures using GB/SA scores (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Kamiya, N. Shimba, H. Nakamura
  • 学会等名: The 28th annual meeting of the protein society
  • 発表場所: The Manchester grand Hyatt San Diego, San Diego, USA
  • 年月日: 2014-07-27 – 2014-07-30
• [学会発表] 抗原抗体ドッキングのデコイセット評価法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 榛葉 教子、神谷 成敏、中村 春木
  • 学会等名: 第１４回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ワークピア横浜、横浜
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [学会発表] Molecular dynamics study on evaluation of a decoy set generated by docking between antibody and antigen (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Kamiya, N. Shimba, H. Nakamura
  • 学会等名: The 4th Asia pacific protein association conference
  • 発表場所: International convention center, Jeju, Korea
  • 年月日: 2014-05-17 – 2014-05-20
• [学会発表] A comparison of 3D conformations of endothelin-1 analogs to find the pharmacophore model required for endothelin ligand (2014)
  • 著者名/発表者名: B. Ma, T. Kawabata, N. Kamiya, H. Nakamura
  • 学会等名: Biophysical society 58th annual meeting
  • 発表場所: Moscone center, San Francisco, USA
• [学会発表] Molecular dynamics simulations of dynein motor domain in explicit water (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Kamiya, T. Mashimo, Y. Takano, T. Kon, G. Kurisu, H. Nakamura
  • 学会等名: Biophysical society 58th annual meeting
  • 発表場所: Moscone center, San Francisco, USA
• [学会発表] All-atom molecular dynamics simulations of dynein motor domain in explicit water (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Kamiya, T. Mashimo, Y. Takano, T. Kon, G. Kurisu, H. Nakamura
  • 学会等名: The 27th annual symposium of the protein society
  • 発表場所: Boston marriott copley place, Boston, USA
• [学会発表] Crystal structure of endo-1,3-beta-glucanase and its binding to laminarioligosaccharide (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Oda, Y. Tanabe, N. Komichi, N. Kamiya, H. Nakamura, B. Mikami
  • 学会等名: The 27th annual symposium of the protein society
  • 発表場所: Boston marriott copley place, Boston, USA
• [学会発表] All-atom molecular dynamics simulations of dynein motor domain in explicit water (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Kamiya, T. Mashimo, Y. Takano, T. Kon, G. Kurisu, H. Nakamura
  • 学会等名: Dynein 2013 international workshop
  • 発表場所: Orbis Hall, Kobe, Japan
• [図書] 見てわかる構造生命科学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村 春木 編
  • 総ページ数: 326
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 大阪大学 蛋白質研究所 附属蛋白質解析先端研究センター 蛋白質情報科学研究室
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/rcsfp/pi/members.html