in silicoとロボットによる創薬支援システムの開発とシャーガス病治療薬探索

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00620
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 関嶋 政和 東京工業大学, 情報理工学院, 准教授 (80371053)
• 研究分担者: 稲岡 健ダニエル 長崎大学, 熱帯医学研究所, 准教授 (10623803) ; 庄司 満 横浜薬科大学, 薬学部, 教授 (30339139) ; 平山 謙二 長崎大学, 熱帯医学・グローバルヘルス研究科, 教授 (60189868) ; 樺島 祥介 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80260652)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: AI創薬 / 抗規制原虫薬 / 機械学習 / ロボット / ケモインフォマティクス / バイオインフォマティクス

研究実績の概要

創薬では、薬候補化合物は標的蛋白質との結合親和性だけでなく、毒性や代謝などを考慮したより薬らしく最適化が行われていく。今年度は、機械学習の多目的最適化を考慮した化合物生成手法とパレートフロントからの化合物選択手法が完成したため、分担者の稲岡教授がアッセイ系を持つトリパノソーマ寄生原虫の治療薬の標的となる TAO（トリパノチオン酸化還元酵素）を最初の標的標的蛋白質として、結合親和性とQEDの双方を多目的最適化した化合物の生成を合成経路付きで行った。ドッキングスコアと薬らしさ（QED）、毒性を重み付きの総和や総乗する手法と異なり、化合物を見ながらパレートフロントから化合物を選択可能である。更に実際に合成を行う為に合成化学者と連携して機械学習による逆合成解析ツールを用いてトップ10の化合物のウェットでの実験を試み、それにより実験からのフィードバックが得られ、生成モデルの生成時のプロトコールの改善に繋がった。本研究で開発した手法をオープンソース化し、GitHub で公開した。これにより、他の研究者が本手法を利用し、さらなる発展を遂げることが期待される。本研究で得られた知見は、創薬研究におけるAI の活用方法に関する議論を深める上でも重要である。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5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] Fumarate respiration of Fasciola flukes as a potential drug target (2024)
  • 著者名/発表者名: Tashibu Atsushi、Inaoka Daniel Ken、Sakamoto Kimitoshi、Murakami Kenji、Zannatul Ferdoush、Kita Kiyoshi、Ichikawa-Seki Madoka
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fcimb.2023.1302114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generating Gradients in the Energy Landscape Using Rectified Linear Type Cost Functions for Efficiently Solving 0/1 Matrix Factorization in Simulated Annealing (2024)
  • 著者名/発表者名: Konoshima Makiko、Tamura Hirotaka、Kabashima Yoshiyuki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 93 ページ: 1-7
  • DOI: 10.7566/JPSJ.93.044002
  • 査読あり
• [雑誌論文] PRA-Pred: Structure-based prediction of protein-RNA binding affinity (2024)
  • 著者名/発表者名: Harini K.、Sekijima M.、Gromiha M. Michael
  • 雑誌名: International Journal of Biological Macromolecules 巻: 259 ページ: 129490～129490
  • DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.129490
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aspects for development of novel antibacterial medicines using a vitamin D3 decomposition product in Helicobacter pylori infection (2023)
  • 著者名/発表者名: Wanibuchi Kiyofumi、Hosoda Kouichi、Amgalanbaatar Avarzed、Ihara Masato、Takezawa Motoki、Sakai Yuki、Masui Hisashi、Shoji Mitsuru、Hayashi Shunji、Shimomura Hirofumi
  • 雑誌名: The Journal of Antibiotics 巻: 76 ページ: 665～672
  • DOI: 10.1038/s41429-023-00651-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of polymer-immobilised acridinium catalyst and its application in photoinduced 1,4-addition to α,β-unsaturated carbonyl compounds (2023)
  • 著者名/発表者名: Umezawa Misaki、Aoki Shoji、Okuno Yoshinori、Sato Yasuo、Wanibuchi Kiyofumi、Shoji Mitsuru
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 128 ページ: 154698～154698
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2023.154698
  • 査読あり
• [雑誌論文] Challenges Based on Antiplasmodial and Antiviral Activities of 7‐Chloro‐4‐aminoquinoline Derivatives (2023)
  • 著者名/発表者名: Mizuta Satoshi、Mosaddeque Farhana、Tun Mya Myat Ngwe、Teklemichael Awet Alem、Taniguchi Mayumi、Hosokawa Masashi、Yamaguchi Tomoko、Makau Juliann、Huy Nguyen Tien、Mizukami Shusaku、Nishida Noriyuki、Morita Kouichi、Hirayama Kenji
  • 雑誌名: ChemMedChem 巻: 18 ページ: -
  • DOI: 10.1002/cmdc.202200586
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anti-Trypanosoma cruzi activity of Coptis rhizome extract and its constituents (2023)
  • 著者名/発表者名: Tayama Yuki、Mizukami Shusaku、Toume Kazufumi、Komatsu Katsuko、Yanagi Tetsuo、Nara Takeshi、Tieu Paul、Huy Nguyen Tien、Hamano Shinjiro、Hirayama Kenji
  • 雑誌名: Tropical Medicine and Health 巻: 51 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s41182-023-00502-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biochemical characterization and identification of ferulenol and embelin as potent inhibitors of malate:quinone oxidoreductase from Campylobacter jejuni (2023)
  • 著者名/発表者名: Kabongo Augustin Tshibaka、Acharjee Rajib、Sakura Takaya、Bundutidi Gloria Mavinga、Hartuti Endah Dwi、Davies Cadi、Gundogdu Ozan、Kita Kiyoshi、Shiba Tomoo、Inaoka Daniel Ken
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Biosciences 巻: 10 ページ: 1-14
  • DOI: 10.3389/fmolb.2023.1095026
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Compressed Sensing Radar Detectors Under the Row-Orthogonal Design Model: A Statistical Mechanics Perspective (2023)
  • 著者名/発表者名: Na Siqi、Huang Tianyao、Liu Yimin、Takahashi Takashi、Kabashima Yoshiyuki、Wang Xiqin
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Signal Processing 巻: 71 ページ: 2668～2682
  • DOI: 10.1109/TSP.2023.3297743
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decision Theoretic Cutoff and ROC Analysis for Bayesian Optimal Group Testing (2023)
  • 著者名/発表者名: Sakata Ayaka、Kabashima Yoshiyuki
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Information Theory 巻: 69 ページ: 5902～5920
  • DOI: 10.1109/tit.2023.3276696
  • 査読あり
• [雑誌論文] Average case analysis of Lasso under ultra sparse conditions (2023)
  • 著者名/発表者名: Koki Okajima, Xiangming Meng, Takashi Takahashi, Yoshiyuki Kabashima
  • 雑誌名: Proceedings of The 26th International Conference on Artificial Intelligence and Statistics (PMLR206) 巻: - ページ: 11317-11330
  • 査読あり
• [雑誌論文] On Model Selection Consistency of Lasso for High-Dimensional Ising Models (2023)
  • 著者名/発表者名: Xiangming Meng, Tomoyuki Obuchi, Yoshiyuki Kabashima
  • 雑誌名: Proceedings of The 26th International Conference on Artificial Intelligence and Statistics (PMLR206) 巻: - ページ: 6783-6805
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gargoyles: An Open Source Graph-Based Molecular Optimization Method Based on Deep Reinforcement Learning (2023)
  • 著者名/発表者名: Erikawa Daiki、Yasuo Nobuaki、Suzuki Takamasa、Nakamura Shogo、Sekijima Masakazu
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 8 ページ: 37431～37441
  • DOI: 10.1021/acsomega.3c05430
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancing the Performance of AlphaFold Through Modified Storage Method and Optimization of HHblits on TSUBAME3.0 Supercomputer (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujita Hayato、Nomura Akihiro、Endo Toshio、Sekijima Masakazu
  • 雑誌名: Proceedings of the 2023 Congress in Computer Science, Computer Engineering, & Applied Computing (CSCE) 巻: - ページ: 2140-2146
  • DOI: 10.1109/CSCE60160.2023.00351
  • 査読あり
• [雑誌論文] Predicting Chemical Reaction Product by Graph Transformer (2023)
  • 著者名/発表者名: Makino Shunya、Yasuo Nobuaki、Sekijima Masakazu
  • 雑誌名: Proceedings of the 2023 Congress in Computer Science, Computer Engineering, & Applied Computing (CSCE) 巻: - ページ: 2147-2152
  • DOI: 10.1109/CSCE60160.2023.00352
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of a Hidden Trypanosoma cruzi Spermidine Synthase Binding Site and Inhibitors through In Silico, In Vitro, and X-ray Crystallography (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshino Ryunosuke、Yasuo Nobuaki、Hagiwara Yohsuke、Ishida Takashi、Inaoka Daniel Ken、Amano Yasushi、Tateishi Yukihiro、Ohno Kazuki、Namatame Ichiji、Niimi Tatsuya、Orita Masaya、Kita Kiyoshi、Akiyama Yutaka、Sekijima Masakazu
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 8 ページ: 25850～25860
  • DOI: 10.1021/acsomega.3c01314
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Compressed sensing based on diffusion models (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Kabashima
  • 学会等名: ICTP Trieste
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Replica analysis of Lasso for ultra-sparse signals (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Kabashima
  • 学会等名: East Asia Joint Seminar on Statistical Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大自由度システムの統計学としての統計力学 (2023)
  • 著者名/発表者名: 樺島祥介
  • 学会等名: 2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 拡散モデルに基づく圧縮センシング (2023)
  • 著者名/発表者名: 樺島祥介
  • 学会等名: 第52回情報計測オンラインセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Knowledge, Attitude, and Practice of Mothers toward Chagas disease in La Guardia, Santa Cruz Department, Bolivia: A Cross-sectional Study (2023)
  • 著者名/発表者名: Takehara Y, Trang TBL, Makram AM, Rashidul Hashan M, Altom A, Thanh VN, Elsheikh R, Iglesias-Rodriguez IM, Guzman Lijeron AY, Soria Medina NM, Quiroga Alpiri BN, Nishizawa JE, Huy NT, Hirayama K.
  • 学会等名: Annual meeting of American Society of Tropical Medicine and Hygiene 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Risk factors for mother-to-child transmission of Trypanosoma cruzi and Hepatitis B in the cross-border area of Argentina and Paraguay (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Y, Avila S, Correa S, Cardone K, Fernandez M, Crudo F, Sato M, Aiga H, Hirayama K, Periago MV.
  • 学会等名: Annual meeting of American Society of Tropical Medicine and Hygiene 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Trypanosomal ASCT and alternative oxidase as tools to study Mycobacterium bioenergetics (2023)
  • 著者名/発表者名: Mavinga Gloria Bundutidi, Ando Yuri, Matsuo Yuichi, Hayashishita Mizuki, Mochizuki Kota, Cook Gregory M., Sekijima Masakazu, Sakura Takaya, Hamano Shinjiro, Hirayama Kenji, Kita Kiyoshi, Ken Daniel Inaoka
  • 学会等名: 11th Meeting GlycoNov/AdipoTryp
  • 国際学会
• [学会発表] Expression of an active ASCT/SCS cycle in Mycobacterium smegmatis confers resistance to Bedaquiline (2023)
  • 著者名/発表者名: Mavinga Gloria Bundutidi, Ando Yuri, Matsuo Yuichi, Hayashishita Mizuki, Mochizuki Kota, Cook Gregory M., Sekijima Masakazu, Sakura Takaya, Hamano Shinjiro, Hirayama Kenji, Kita Kiyoshi, Ken Daniel Inaoka
  • 学会等名: Gordon Research Conferences on Bioenergetics, Proctor Academy, New Hampshire
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural insights into SCOT activity of TbASCT-D62N mutant (2023)
  • 著者名/発表者名: Ken Daniel Inaoka, Mochizuki Kota, Balogun Emmanuel O., Fukuda Keisuke, Kurasawa Hana, Shiba Tomoo, Harada Shigeharu, Maze Muriel, Millerioux Yoann, Bringaud Frederic, Boshar Michael, Hirayama Kenji, Kita Kiyoshi
  • 学会等名: 11th Meeting GlycoNov/AdipoTryp
  • 国際学会
• [学会発表] The trypanosome alternative oxidase as a target for drug development (2023)
  • 著者名/発表者名: Ken Daniel Inaoka
  • 学会等名: Seminars in Pharmasciences
  • 国際学会
• [学会発表] Efficiency Improvements in Drug Discovery through Machine Learning and the Challenges to Overcome (2023)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Sekijima
  • 学会等名: CBI学会2023年大会
• [学会発表] Development of hit-to-lead molecular optimization by multi-objective Monte Carlo Tree Search (2023)
  • 著者名/発表者名: Takamasa SUZUKI, Nobuaki YASUO, Masakazu Sekijima
  • 学会等名: CBI学会2023年大会
• [学会発表] パレート最適を考慮したHit-to-Leadにおける多目的最適化手法の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木敬将・安尾信明・関嶋政和
  • 学会等名: 情報処理学会 第143回MPS・第74回BIO合同研究発表会
• [学会発表] タンパク質ーリガンド結合部位の特徴量化の改善に関する研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 塩澤理紗・安尾信明・関嶋政和
  • 学会等名: 情報処理学会 第143回MPS・第74回BIO合同研究発表会
• [備考] Mothra
  • URL: https://github.com/sekijima-lab/Mothra