| 研究領域 | 高速分子動画法によるタンパク質非平衡状態構造解析と分子制御への応用 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05454
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
櫻庭 俊 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主任研究員 (90647380)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 分子動力学法 / 質量テンソル分子動力学法 / 主成分分析 / 構造サンプリング / タンパク質構造 / 分子動力学 / ハイブリッドモンテカルロ法 / 拡張アンサンブル / タンパク質 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
生体分子の分子動力学(MD)シミュレーションは、生体分子をコンピュータ上で再現し、その動きを計算で求めてその挙動を予測する技術である。現在、MDは生体分子の機能を解析するための有力な手段として広く使われている。MDシミュレーションの弱点の一つとして、シミュレーション中でサンプルできる構造が初期構造の近傍に限られる、という制限が存在する。本研究では、この制限を取り除き、MDシミュレーションを大きな構造変化を持つタンパク質などの構造解析に利用可能にするための新機軸に基づく手法を開発する。近年急速に発達した応用数学的手法に基づくことで、統計的正当性を維持したままサンプリング効率を上げる事を目指す。
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| 研究実績の概要 |
生体分子の分子動力学シミュレーションは生体分子を解析する手段として幅広く利用されるようになったが、現実的な計算機システムのサイズにより実現可能なシミュレーション長はミリ秒単位以下にとどまっており、タンパク質の機能にかかわる構造変化をシミュレーションからサンプリングすることはまだ困難である。本研究課題では、これまでのサンプリングと異なる新たな基軸に基づくサンプリング手法の開発を目指して研究を行った。タンパク質の構造を効率良くサンプリングする手法の開発を目指し、これまで計算コストの高さにより利用されてこなかった質量テンソル分子動力学法を改良することで改善を試みた。
質量テンソル分子動力学法に用いる質量行列を低ランク更新行列で近似することで、低コストな質量テンソル分子動力学法を開発した。手法を分子動力学法の代表的パッケージであるGROMACSに組み込みテストを行った結果、計算コストは144CPUコア並列時に5%程度のオーバーヘッドで済む事が分かり、現実的なコストで利用可能であることが分かった。trp-cageタンパク質を対象にしたベンチマークでは、第1主成分方向への運動を3倍程度まで加速することが可能であることが分かったが、当初目標としていた1桁の上昇は達成できなかった。また、本手法の開発の中で、回転対称性の喪失による実用上の困難があることが分かったため、今後回転対称性を取り入れた手法の開発が必要になることが示唆された。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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