| 研究課題/領域番号 |
15K05397
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| 研究機関 | 星薬科大学 |
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研究代表者 |
福澤 薫 (秋葉薫) 星薬科大学, 薬学部, 准教授 (50718244)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | タンパク質 / 構造解析 / 量子化学計算 / 電子密度 / 構造最適化 / 熱揺らぎ / 創薬 |
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| 研究実績の概要 |
構造ベース創薬においては、タンパク質－リガンド複合体のX線結晶構造解析がなされることが重要である。中でもリガンド周辺の構造は極めて有用な情報となるが、現在の解析技術では、リガンド周辺の精密構造を決定することは依然として困難である。本研究では、フラグメント分子軌道(FMO)法に基づいて、タンパク質－リガンド複合体の全電子計算を行い、計算から得られる電子密度や安定構造の情報を利用することによって、X線結晶構造解析に不足している情報を補い、構造解析の分解能を実質的に挙げるための「超分解能構造解析」技術を開発している。昨年度の検討により、X線結晶構造解析による電子密度とFMO計算から得られる電子密度を数値的に比較するためには、熱揺らぎの効果を取り込む必要があることを見出した。２年目となる平成28年度は、静的な構造に対する電子状態計算結果に対し、温度因子を考慮して熱揺らぎの効果を取り込んだ電子密度生成プログラムを作成し、より現実に即した数値比較を行えるようにした。さらに、リガンド周辺構造のFMO構造最適化を行うことによって、実測値と計算値の密度の一致が良くなることがわかった。特にリガンドの熱揺らぎが大きい例に対して、量子化学計算レベルの構造最適化が有効であることを示すことができたため、超分解能の目的に合致した結果となっている。今後、検証例を増やしていく予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の研究計画では、高分解能のX線結晶構造解析による実測データと静的なFMO電子密度計算結果を数値比較し、リガンドの配座やプロトン化状態を含めた構造決定プロトコルを開発する予定であった。しかし検討を進めるにつれて、熱揺らぎの重要性が明らかになり、また高分解能のX線構造よりもむしろ分解能の良くない構造を用いてその改善方法を検討することが重要であることがわかってきた。そこでまず熱揺らぎを考慮したFMO電子密度を構築する手法の開発とプログラム作成を行い、現在検証計算を進めている段階である。さらに、電子密度のフィッティングだけでは構造決定の精度を上げることが難しいことが判明し、FMOによる構造最適化を最大限に活用することが有効であることがわかってきた。今後はリガンドの構造の精度が十分ではない例について可能な限り多くの事例を検討し、構造決定手法の改良を行っていく。
なお、本研究は平成28年度の「京」を含むHPCIシステム利用研究課題「HPCIを活用したFMO創薬プラットフォームの構築」（課題番号:hp160103、代表者:福澤薫）と連携し、数多くのFMO計算事例の知見を活かしながら進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度においては、これまでに導入した、R因子（信頼度因子）、温度因子（熱揺らぎ）、FMO構造最適化などの指標に加えて、リガンドとタンパク質との間の相互作用エネルギー（IFIE）を構造の評価指標に用いて、総合的に構造の改良を行っていく予定である。ターゲットタンパク質は、必ずしも高分解能のX線構造が解かれているものではなく、むしろリガンドの配座を含む構造決定が難しいケースを選択し、実質的な分解能の向上に貢献できる例を増やしていく。
検証に用いるターゲットタンパク質の選定については、上記HPCI課題の推進母体である産学官連携の「FMO創薬コンソーシアム」（代表：福澤薫）で扱うキナーゼ、プロテアーゼ、核内受容体、タンパク質－タンパク質相互作用等からも選択する。また、同コンソーシアムでは、FMO計算から得られる相互作用情報を備えたIFIEデータベースを開発中であり、本研究で推進している「超分解能構造解析」による構造精密化と併せて、FMOに基づく極めて独自性の高い構造ベース創薬の支援技術を構築する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
3月末の学会や研究会参加のための費用について、見込み額との差額が生じたが、年度末ぎりぎりであったため調整ができなかった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
最終年度であるため、学会発表を増やすために使用したい。
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