プロテオーム時代におけるタンパク質立体構造の第一原理的予測

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14015220
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 高田 彰二 神戸大学, 理学部, 助教授 (60304086)
• キーワード: 立体構造予測 / de novo予測 / フラグメント組合せ法 / CASP

研究概要

1.タンパク質エネルギー関数の改良:立体構造予測を成功させるには、簡単でしかし精度の高いエネルギー関数の構築が鍵になる.本研究では、従来の粗視化モデルを出発点として、1)側鎖全原子を陽に含んだ高精度関数の開発した.2)構造データベースをもとに、各アミノ酸の二面角特性を分布関数としてとりだし、それをもとに高精度な局所相互作用モデルを作成した.これらをもとに、構造データベースによるパラメータ最適化のアルゴリズムを組み合わせて高精度エネルギー関数を構築した。
2.タンパク質構造の高速探索法の開発:構造探索を高速に行うために、前年度から応用してきたフラグメント組合せ法は、詳細釣り合いを満たさないという欠点を持つことを見出した.そこで、我々は、詳細釣り合いをみたす新しいアルゴリズムを開発し、それをもとに拡張アンサンブル法を利用して高速探索を可能にした.
3.ベンチマークテスト:1.2.に基づいた手法をテストするために、数個のタンパク質の構造探索・予測ベンチマークテストを行った.小型(70残基程度以下)のタンパク質では、本方法によって、正しいフォールド予測ができることを明らかにした.
4.国際構造予測コンテスト(CASP5):我々の方法の達成度を他者と客観的に比較するために、2年に一度行われる国際構造予測コンテストに参加した.比較的小型のタンパク質二つについて、相対的に見て、かなり良いフォールド構造を予測することが出来た.明らかになった課題は、いかにして、100残基以上のタンパク質を効率よく構造探索することができるか、である.今後、この問題に焦点をしぼり、構造予測問題解決へむけて研究を進める.

研究成果

• [文献書誌] Hiroaki Fukunishi, Osamu Watanabe, Shoji Takada: "On the Hamiltonian replica exchange method for efficient sampling of biomolecular systems : Application to protein structure prediction"Journal of Chemical Physics. 116. 9058-9067 (2002)
• [文献書誌] 高田彰二: "蛋白質フォールディングのファネル理論と動的機能"蛋白質核酸酵素. 47. 684-689 (2002)
• [文献書誌] Akira R Kinjo, Shoji Takada: "Effects of macromolecular crowding on protein folding and aggregation studied by density functional theory : Statics"Physical Review. E66. 031911 (2003)
• [文献書誌] Akira R Kinjo, Shoji Takada: "Effects of macromolecular crowding on protein folding and aggregation studied by density functional theory : Dynamics"Physical Review. E66. 051902 (2003)
• [文献書誌] Yoshimi Fujitsuka, Shoji Takada, Zaida Luthey-Schulten, P.G.Wolynes: "Optimizing Physical Energy Functions for Protein Folding, Proteins : Structure"Function and Genetics. (in press). (2003)