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2016 年度 実施状況報告書

ベイズ統計を活用した低解像度構造情報からのモデリング手法の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 16K07286
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

宮下 治  国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 上級研究員 (10620528)

研究期間 (年度) 2016-10-21 – 2019-03-31
キーワードタンパク質 / クライオ電子顕微鏡 / 構造モデリング / フィッティング / ハイブリッドアプローチ / 分子動力学シミュレーション
研究実績の概要

生体高分子の構造や運動を理解するために様々な実験データとコンピューターシミュレーションを組み合わせる「ハイブリッドアプローチ」の必要性が高まっている.本研究では,特にクライオ電子顕微鏡の低解像度データから原子レベルの構造モデルを構築するための新しい手法を開発する.年度途中からの開始となったが本年度は以下の研究を行った.
研究の準備段階として,従来用いてきた構造モデルと実験データの整合性を相関係数によって評価することでフィッティングを行うアルゴリズムを,理研杉田グループの分子シミュレーションプログラムGENESISに組み込み,さらに拡張アンサンブル法などによりフィッティングの精度を高める手法を実装し,シミュレートした電子密度マップや実験データで動作を確認した.これにより新規に開発するフィッティング評価関数の導入が容易になる.さらに,データとモデルとの整合性を確率的に評価する新しい評価関数を分子シミュレーションプログラムに組み込むために必要な数式を導き,これらの実装を開始した.

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

年度途中から研究を開始したため,年次計画通りには研究が完成していないが,実装に向けて概ね順調に進展しており最終的には計画を完了することができると考える.

今後の研究の推進方策

今後新しい評価関数を分子シミュレーションに導入することを完成させ,まずシミュレーションにより作る実験データを用いた実証計算を行う.その後,実際の実験データの解析を行う.

次年度使用額が生じた理由

年度途中の研究開始のため,研究が少し進んだところで必要な物品を判断するのが良いと考えた.

次年度使用額の使用計画

実証計算を進めるためのサーバーを購入する予定をしている.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 3件)

  • [国際共同研究] CNRS(France)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CNRS
  • [雑誌論文] Flexible fitting to cryo-EM density map using ensemble molecular dynamics simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Osamu Miyashita, Chigusa Kobayashi, Takaharu Mori, Yuji Sugita and Florence Tama
    • 雑誌名

      J Comput Chem

      巻: 38 ページ: 1447-1461

    • DOI

      10.1002/jcc.24785

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 構造解析へのハイブリッドアプローチ:電子顕微鏡とX線自由電子レーザーからの実験データの活用2017

    • 著者名/発表者名
      宮下 治, タマ フロハンス
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 57 ページ: 90-94

    • DOI

      10.2142/biophys.57.090

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of the Crystal Environment on Side-Chain Conformational Dynamics in Cyanovirin-N Investigated through Crystal and Solution Molecular Dynamics Simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Ahlstrom LS, Vorontsov II, Shi J, Miyashita O.
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 12 ページ: e0170337

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0170337

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 計算機シミュレーションと実験データの融合利用2017

    • 著者名/発表者名
      宮下治
    • 学会等名
      XFEL構造生物ミーティング
    • 発表場所
      SACLA,兵庫県佐用郡
    • 年月日
      2017-03-10 – 2017-03-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Structure Modeling from Cryo-EM Data using Flexible Fitting Approach2016

    • 著者名/発表者名
      宮下治
    • 学会等名
      日本生物物理学会
    • 発表場所
      つくば国際会議場,茨城県つくば市
    • 年月日
      2016-11-25 – 2016-11-27
    • 招待講演
  • [学会発表] 電子顕微鏡データを活用した構造解析へのハイブリッドアプローチ2016

    • 著者名/発表者名
      宮下治
    • 学会等名
      理研シンポジウム「クライオ電顕に期待すること」
    • 発表場所
      理研横浜,神奈川県横浜市
    • 年月日
      2016-11-08 – 2016-11-08
    • 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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