| 研究課題/領域番号 |
16K17778
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
櫻庭 俊 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特任助教 (90647380)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 修飾核酸 / RNA / 分子動力学シミュレーション / 自由エネルギー計算 / 二次構造予測 / イノシン / 零多重極子和法 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題の目的は、分子動力学シミュレーションで修飾入り核酸のシミュレーションを行うために必要となる、力場パラメータと呼ばれる値を決定することにある。2016年度までは力場パラメータ作成を自動化するためのパイプラインを作成し、多様な修飾塩基に対してパラメータ作成を自動で行うことが可能になった。これを用い、イノシン・N6-メチルアデニンと呼ばれる修飾入り核酸の力場パラメータの作成を行った。2017年度はこれを引き継ぎ、(1) イノシン力場パラメータの検証 (2) 検証計算のための技術開発 を行った。また、本研究の応用方面への発展として、 (3) 修飾核酸シミュレーションとバイオインフォマティクス的解析との融合手法の開発 を行った。
(1) 2016年度に開発したイノシンの力場パラメータを用い、実験的に得られた二量体形成に伴う自由エネルギー差を再現出来るかの検証を行った。検証の結果、一部の配列で計算が非常に不安定となり、検証自体が困難であることが明らかになった。特に末端に存在するイノシン塩基の構造が不安定であり、実験的なエネルギーの再現を難しくしている事が分かったため、検証計算のための新規計算手法の開発が必要であることが明らかになった。
(2) 上記の検証計算の手法開発のため、分子動力学シミュレーションプログラムであるGROMACSに機能を追加し、(2a)自由エネルギー計算を加速する技法としてREST2と呼ばれる手法を実装し、(2b)分子動力学シミュレーション自体を加速するための零多重極子和法と呼ばれる手法を開発した。
(3) 修飾入り核酸塩基パラメータを用いたシミュレーションをバイオインフォマティクス解析と組み合わせる手法の開発と検証を行った。シミュレーションを併用する核酸二次構造予測の結果は実用的に充分な正確さを持ち、実験の回数を劇的に減らすことが可能である事が明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初課題の目的は、修飾入り核酸塩基のパラメータを作成・検証し公開することであるが、厳密な検証を行うには当初想定していた以上の計算と、手法そのもの開発が必要である事が明らかになった。修飾入り核酸塩基パラメータを相次いで検証することが難しくなったため、2017年度はこれを打開すべく、自由エネルギー計算を高速・正確に行うための手法ならびにプログラムを開発した。このため、当初目標としていた「2017年度までに3修飾塩基のパラメータ決定と検証を行う」という目標からは若干の遅れが生じている状況である。
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| 今後の研究の推進方策 |
2018年度は2017年度の成果を用い、種々の修飾入り核酸塩基パラメータの検証と、論文としての成果発表を主として行う。また、パラメータを研究者コミュニティに使ってもらうための公開作業なども並行して行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究の進捗状況変化に伴い、当初データの長期保管用を見込んでいた物品費を使用することなく2017年度が終了したためである。
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