アクチニド分子種と生体分子の相互作用に関する計算化学的研究

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04635
• 研究機関: 立教大学
• 研究代表者: 望月 祐志 立教大学, 理学部, 教授 (00434209)
• 研究分担者: 石川 岳志 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 准教授 (80505909)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 保険物理 / フラグメント分子軌道法 / 分子動力学 / アクチニド / 相互作用エネルギー / FMO / MD

研究実績の概要

本研究では、分子動力学(MD)計算とフラグメント分子軌道(FMO)計算を連携させることにより、原子力工学の保健物理・環境安全分野におけるアクチニド系の分子イオン種(あるいはイオン種)と生体分子との複合系に関する理論計算・シミュレーション手法を提案し、実証する研究を進めてきました。
最終2018年度は、2017年度までの応用計算の中で課題として顕在化したポイントに対する対応、論文の投稿・出版、ならびに今後を見据えた予備的検討を行いました。
改善点の１つは、sp2混成炭素でのフラグメント分割で、エネルギーだけでなく微分までの計算がABINIT-MPで可能となりました。これにより、ペプチド結合で直截に切断出来るため、カルボニル酸素が配位結合などの相互作用に関与する場合でもアミノ酸残基の「ズレ」の問題が生じません。もう１つの改善は、3次摂動（MP3）計算の恒等分解（RI）による加速で、分担者の石川が開発しているPAICSに最初に実装され（論文出版済）、続けてABINIT-MPも移植されました。
次に2017年までの応用計算の論文ですが、カルモデュリン-イオン系に関しては連携先の独国の研究所でのアクチニド実験グループの強い意向があり、高IFの雑誌への投稿が未だに続いている状況です。一方、DNA-ウラニル系はChem. Comm.誌に出版し、高評価を得たために掲載号の表紙を飾ることが出来ました。
試行的な応用計算では、カルサイト表面への人造ペプチドの相互作用解析をMD-FMO連携で行い、各アミノ酸残基の役割を特定しました。フミン質などの不定高分子の粗視化モデリングを意識し、FMO計算と散逸粒子動力学（DPD）を組み合わせたマルチスケールシミュレーション手法の適用についても準備を進めました。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Destabilization of DNA through interstrand crosslinking by UO22+ (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Rossberg, T. Abe, K. Okuwaki, A. Barkleit, K. Fukuzawa, T. Nakano, Y. Mochizuki, and S. Tsushima
  • 雑誌名: Chem. Comm. 巻: 55 ページ: 2015-2018
  • DOI: https://doi.org/10.1039/C8CC09329F
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bond detached atom (BDA)を共有しているフラグメント間の相互作用エネルギーの補正に関する試みII：ラジカル開裂補正 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中野達也, 望月祐志, 福澤薫, 沖山佳生, 渡邉千鶴
  • 雑誌名: J. Comp. Aided Chem. 巻: 20 ページ: 1-6
  • DOI: https://doi.org/10.2751/jcac.20.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A portable code for disspative particle dynamics (DPD) simulation with additional specific interactions (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Doi, S. Saitou, K. Okuwaki, T. Naitou, and Y. Mochizuki
  • 雑誌名: CBI-J. 巻: 18 ページ: 70-85
  • DOI: https://doi.org/10.1273/cbij.18.70
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Accuracy of Dimer-ES Approximation on Fragment Molecular Orbital (FMO) Method (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Nakano, K. Fukuzawa, Y. Okiyama, C. Watanabe, Y. Komeiji, and Y. Mochizuki
  • 雑誌名: CBI-J. 巻: 18 ページ: 119-122
  • DOI: https://doi.org/10.1273/cbij.18.119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RI-MP3 calculations of biomolecules based on the fragment molecular orbital method (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, K. Sakakura, and Y. Mochizuki
  • 雑誌名: J. Comp. Chem. 巻: 39 ページ: 1970-1978
  • DOI: https://doi.org/10.1002/jcc.25368
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大学初年度向け化学教育のためのScratchプログラムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 満野仁美, 中川知樹, 土居英男, 望月祐志
  • 雑誌名: J. Comp. Chem. Jpn. 巻: 17 ページ: 111-112
  • DOI: https://doi.org/10.2477/jccj.2018-0022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] FMO計算-粗視化シミュレーション連携手法の開発と応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥脇弘次, 土居英男, 望月祐志, 小沢拓, 泰岡顕治, 福澤薫
  • 雑誌名: J. Comp. Chem. Jpn. 巻: 17 ページ: 144-146
  • DOI: https://doi.org/10.2477/jccj.2018-0020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] FMOプログラムABINIT-MPのOakForest-PACS上での多層並列化と性能評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邊啓正, 佐藤伸哉, 坂倉耕太, 齊藤天菜, 望月祐志
  • 雑誌名: J. Comp. Chem. Jpn. 巻: 17 ページ: 147-149
  • DOI: https://doi.org/10.2477/jccj.2018-0023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Fragment molecular orbital based interaction analyses for peptides solid surface systems (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Kato, K. Fukuzawa, Y. Mochizuki
  • 学会等名: The Second International Workshop by the 174th Committee on Coexistence of Biology and Nanodevices
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] FMO-DPD手法の開発と脂質・タンパク質への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 望月祐志, 奥脇弘次, 土居英男, 小沢拓, 泰岡顕治, 福澤薫
  • 学会等名: 応用物理学会春期年会2019
  • 招待講演
• [学会発表] 脂質ベシクル、タンパク質の非経験的粗視化シミュレーション (2019)
  • 著者名/発表者名: 奥脇弘次, 新庄英治, 土居英男, 望月祐志, 福澤薫, 米持悦生
  • 学会等名: 応用物理学会春期年会2019
  • 招待講演
• [学会発表] 天然ゴム中タンパク質とイソプレン鎖末端部との相互作用解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 阿部鷹也, 奥脇弘次, 望月祐志, 福澤薫, 佐藤弘一
  • 学会等名: 応用物理学会春期年会2019
• [学会発表] DNA-ウラニル系のFMO計算に基づく相互作用解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 津島悟, 阿部鷹也, 奥脇弘次, 望月祐志, 古明地勇人, 福澤薫, 中野達也, 沖山佳生, 三好永作
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2018年春季年会
• [学会発表] 大学初年度向け化学教育のためのScratchプログラムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中川知樹, 土居英男, 満野仁美, 望月祐志
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2018年春季年会
• [学会発表] Kerasを使った転移学習の応用事例 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤雅仁, 伊藤隆登, 齊藤天菜, 土居英男, 望月祐志
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2018年春季年会
• [学会発表] フラグメント分子軌道(FMO)法のナノバイオ系への応用事例 (2018)
  • 著者名/発表者名: 望月祐志, 加藤幸一郎, 福澤薫
  • 学会等名: 日本生物工学会大会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 3Dプリント、および複合現実感(MR)による分子モデルの表現 (2018)
  • 著者名/発表者名: 望月祐志，中村昇太，牧村健，藤本賢志，奥脇弘次，福澤薫，工藤光子
  • 学会等名: 応用物理学会秋期年会2018
• [学会発表] 脂質ベシクル、タンパク質の非経験的粗視化シミュレーション (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥脇弘次, 新庄英治, 土居英男, 望月祐志, 福澤薫, 米持悦生
  • 学会等名: 応用物理学会秋期年会2018
• [学会発表] FMO法を用いたカルサイト結晶表面とペプチドの相互作用解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 望月祐志, 加藤幸一郎, 福澤薫
  • 学会等名: 応用物理学会秋期年会2018
• [学会発表] Development status of ABINIT-MP program in 2018 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Mochizuki, K. Sakakura, Y. Akinaga, H. Watanabe, K. Kato, K. Fukuzawa,T. Nakano
  • 学会等名: CBI conference 2018 （国内会議）
• [学会発表] RI-MP3 calculations of biomolecules based on the fragment molecular orbital method with PAICS (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, K. Sakakura, Y. Mochizuki
  • 学会等名: CBI conference 2018（国内会議）
• [学会発表] Non-empirical Coarse-grained Simulations for Lipid Bilayer and Protein (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Okuwaki, E. Shinsho, H. Doi, Y. Mochizuki, K. Fukuzawa, E. Yonemochi
  • 学会等名: CBI conference 2018（国内会議）
• [学会発表] FMO-based interaction analyses on uranyl(VI)-bound model DNA (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Abe, K. Okuwaki, S. Tsushima, Y. Mochizuki, Y. Komeiji, K. Fukuzawa, T. Nakano, K. Okiyama, E. Miyoshi
  • 学会等名: ATAS 2018 Workshop（国際、仏国ニースで開催）
  • 国際学会
• [学会発表] FMOとDPDを連携したマルチスケールシミュレーション手法(FMO-DPD)の開発と先導的応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥脇弘次, 土居英男, 望月祐志, 小沢拓, 泰岡顕治, 福澤薫
  • 学会等名: 分子シミュレーション討論会
• [学会発表] タイヤゴム素材に関する計算化学的研究の事例紹介 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川雄太郎, 阿部鷹也, 奥脇弘次, 土居英男, 望月祐志, 福澤薫, 佐藤弘一
  • 学会等名: 高分子基礎物性研究会・高分子計算機科学研究会・高分子ナノテクノロジー研究会