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2012 年度 実施状況報告書

計算機シミュレーションで探るアミロイドベータペプチドのオリゴマー形成過程

研究課題

研究課題/領域番号 24740296
研究種目

若手研究(B)

研究機関分子科学研究所

研究代表者

伊藤 暁  分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 助教 (90595381)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード国際情報交換
研究概要

本年度はクーロンレプリカ交換法の開発をおこなった。この方法を用いることで、従来の温度のレプリカ交換法と比較して水中の生体分子系に対して少数のレプリカで(計算コストを抑えて)構造空間の効率的サンプリングが実現できるようになった。この方法を水中のアミロイドベータペプチドのC末端フラグメントであるAbeta(29-42)1分子に適用した。シミュレーション結果から水中のAbeta(29-42)に対する自由エネルギー地形を計算し、自由エネルギー地形のエネルギー極小状態からAbeta(29-42)のモノマー状態での複数の安定構造を得ることに成功した。また、それら安定構造間の構造遷移の過程の詳細を明らかにすることにも成功した。
さらに、レプリカ置換法の開発にも成功した。温度のレプリカ交換法ではレプリカ間の温度交換にメトロポリス法を用いるが、レプリカ置換法ではレプリカ間の温度置換に諏訪・藤堂法を用いる。諏訪・藤堂法はメトロポリス法とは異なり詳細釣合の条件を満足せずに状態遷移を行うモンテカルロ手法であり、状態遷移のリジェクト率を最小化することができる。この方法をレプリカ置換に用いることで、従来のレプリカ交換法と比較してレプリカの温度空間のより効率的なサンプリングを実現することが可能となった。この方法を水中のC-peptideに適用することで、C-peptideの詳細なフォールディング過程を得ることに成功した。

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

これまでの研究で、水分子をあらわに取り入れたアミロイドベータペプチド系に対する分子シミュレーションを行うための手法の開発に成功した。また、実際に水中のアミロイドベータペプチドのシミュレーションからその安定構造と構造遷移の過程を得ることにも成功した。現在、アミロイドベータペプチドの本数を順次増やしたシミュレーションを行っているところである。

今後の研究の推進方策

これまでの研究で開発したシミュレーション手法を用いて、アミロイドベータペプチドのオリゴマー化の過程を明らかにする。すでにアミロイドベータペプチド1分子に対する安定構造と構造遷移の過程の詳細を明らかにすることには成功しており、開発した手法の有用性を示すことができた。今後はアミロイドベータペプチドの本数を順次増やしたシミュレーションを行う予定である。

次年度の研究費の使用計画

情報収集・研究成果発表を目的として日本生物物理学会・日本物理学会・タンパク質科学会・分子シミュレーション討論会に参加する(国内旅費300千円を計上)。また、国際会議にも毎年参加し情報収集・研究成果発表をおこなう(外国旅費300千円を計上)。シミュレーションで得られた大量のデータを保存するために必要なハードディスクを購入する(消耗品費100千円を計上)。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Replica-Permutation Method with the Suwa-Todo Algorithm beyond the Replica-Exchange Method2013

    • 著者名/発表者名
      Satoru. G. Itoh, Hisashi Okumura
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Theory and Computation

      巻: 9 ページ: 570~581

    • DOI

      10.1021/ct3007919

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coulomb Replica-Exchange Method: Handling Electrostatic Attractive and Repulsive Forces for Biomolecules2013

    • 著者名/発表者名
      Satoru. G. Itoh, Hisashi Okumura
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 34 ページ: 622~639

    • DOI

      10.1002/jcc.23167

    • 査読あり
  • [雑誌論文] On-the-fly reconstruction of free-energy profiles using logarithmic mean-force dynamics2013

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Morishita, Satoru. G. Itoh, Hisashi Okumura, Masuhiro Mikami
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 34 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1002/jcc.23267

    • 査読あり
  • [学会発表] 水中のAフラグメントに対するクーロンレプリカ交換分子動力学シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      伊藤暁、奥村久士
    • 学会等名
      第26回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      九州大学西新プラザ(福岡県)
    • 年月日
      20121126-20121128
  • [学会発表] Coulomb Replica-Exchange Method and Its Applications2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru. G. Itoh
    • 学会等名
      2012 NCTS November Workshop on Critical Phenomena and Complex Systems
    • 発表場所
      Taipei, TAIWAN
    • 年月日
      20121116-20121116
    • 招待講演
  • [学会発表] Studies on an Abeta fragment by the Coulomb replica-exchange method2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru. G. Itoh, Hisashi Okumura
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県)
    • 年月日
      20120922-20120924
  • [学会発表] クーロンレプリカ交換法によるAβ(29-42)の構造探索2012

    • 著者名/発表者名
      伊藤暁、奥村久士
    • 学会等名
      第6回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京大学(東京都)
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] クーロンレプリカ交換法のAβフラグメントへの応用2012

    • 著者名/発表者名
      伊藤暁、奥村久士
    • 学会等名
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • 年月日
      20120620-20120622
  • [学会発表] クーロンレプリカ交換法のAβ(29-42)への応用2012

    • 著者名/発表者名
      伊藤暁、奥村久士
    • 学会等名
      アジア連携分子研研究会「実験及び理論研究手法の開拓と新規物性探索への展開」
    • 発表場所
      分子科学研究所(愛知県)
    • 年月日
      20120601-20120602
    • 招待講演

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公開日: 2014-07-24  

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