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2015 年度 実施状況報告書

計算創薬のための蛋白質複合系の精密構造・相互作用解析手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 26460035
研究機関神戸大学

研究代表者

田中 成典  神戸大学, システム情報, 教授 (10379480)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードインシリコ創薬 / リガンドドッキング / 電子状態計算 / 相互作用解析 / クラスター分析 / ハイパフォーマンスコンピューティング / フラグメント分子軌道法 / 産官学連携
研究実績の概要

本研究課題では、主としてフラグメント分子軌道(Fragment Molecular Orbital; FMO)法に基づくタンパク質-リガンド分子複合系の大規模電子状態計算を行い、構造ベース・インシリコ創薬(ドラッグデザイン)の基盤技術を構築することを大きな目標としている。平成27年度は、一昨年立ち上げた「FMO創薬コンソーシアム」を軸として、産官学(製薬企業10社以上)の連携で、スーパーコンピュータ「京」などを用いて、様々なターゲットタンパク質に対するFMO相互作用解析を行い、実際に構造ベースのインシリコ創薬を遂行する上での技術ノウハウの蓄積を進めた。具体的な系としては特に、発ガンに関わるキナーゼp38とその約90種類のリガンド分子との相互作用解析を実行し、実験で得られている活性値との比較を行うとともに、既に開発済みの、また新規に開発した(SOM、MDS、SVDなど)クラスタリング手法の有効性を検証した。さらに、その周辺の技術開発として、1)リガンドドッキングのスコア関数の最適化手法の開発、2)タンパク質周辺の水による溶媒効果の検討、3)エントロピー効果の記述法の開発、なども行った。ターゲット系としては、キナーゼ以外にも、エストロゲン受容体(ER)、血管内皮リパーゼ(EL)、Rasタンパク質などの解析も行っており、細胞中での様々な構造を得るために、Protein Data Bank構造から出発した分子動力学(Molecular Dynamics; MD)計算も進めている。

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

上記「研究実績の概要」で述べた「FMO創薬コンソーシアム」における産官学共同プロジェクトに関しては、平成27年度「京」を含むHPCIシステム利用に関する研究課題「HPCIを活用したFMO創薬プラットフォームの構築」(課題番号:hp150160)において、スーパーコンピュータ「京」を活用した大規模計算・解析を行った。

今後の研究の推進方策

「FMO創薬コンソーシアム」の成果に関しては、今後、ホームページなども活用した公開を進めていく。また、理研播磨のSPring-8や理研横浜研究所のNMRと連携した構造ベース創薬の推進も重要なミッションと考えている。

次年度使用額が生じた理由

平成27年度は従来計画よりもソフトウェア購入費や旅費が低く抑えられた(代替ソフトの利用や他予算による海外出張補助など)ため、平成28年度に回して有効活用するのがよいと考えた。

次年度使用額の使用計画

最終年度として、海外出張や報告書・ワークショップ等による成果発表に充てることを予定している。

備考

上記の、神戸大学計算科学教育センター遠隔講義「計算生命科学の基礎」では、本研究課題の研究代表者がオーガナイザーとなって、生命科学研究への分子シミュレーション手法の適用に関するレクチャーを全国に向けて配信している。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 5件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Diffusion Monte Carlo Study on Temporal Evolution of Entropy and Free Energy in Nonequilibrium Processes2016

    • 著者名/発表者名
      S. Tanaka
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 144 ページ: 094103

    • DOI

      DOI: 10.1063/1.4942861

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effects of Bridge Functions on Radial Distribution Functions of Liquid Water2015

    • 著者名/発表者名
      S. Tanaka, M. Nakano
    • 雑誌名

      Interdiscip. Sci. Comput. Life Sci.

      巻: 7 ページ: 152-156

    • DOI

      10.1007/s12539-015-0013-2

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Systems Approach to Excitation-Energy and Electron Transfer Reaction Networks in Photosystem II Complex: Model Studies for Chlorophyll a Fluorescence Induction Kinetics2015

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuoka, S. Tanaka, K. Ebina
    • 雑誌名

      J. Theor. Biol.

      巻: 380 ページ: 220-237

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.jtbi.2015.05.006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Protein-Ligand Docking Using Fitness Learning-Based Artificial Bee Colony with Proximity Stimuli2015

    • 著者名/発表者名
      S. Uehara, K. J. Fujimoto, S. Tanaka
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 17 ページ: 16412-16417

    • DOI

      10.1039/c5cp01394a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermodynamic Properties of Water Molecules in the Presence of Cosolute Depend on DNA Structure: A Study Using Grid Inhomogeneous Solvation Theory2015

    • 著者名/発表者名
      M. Nakano, H. Tateishi-Karimata, S. Tanaka, F. Tama, O. Miyashita, S. Nakano, N. Sugimoto
    • 雑誌名

      Nucl. Acids Res.

      巻: 43 ページ: 10114-10125

    • DOI

      10.1093/nar/gkv1133

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 生体分子系のボトムアップ・マルチスケールシミュレーションに向けて2015

    • 著者名/発表者名
      田中成典
    • 学会等名
      High Performance Computing Chemistry 2015ワークショップ
    • 発表場所
      理化学研究所・計算科学研究機構(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2015-12-01
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体分子系における非平衡過程2015

    • 著者名/発表者名
      田中成典
    • 学会等名
      バイオスーパーコンピューティング神戸2015
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2015-11-30
    • 招待講演
  • [学会発表] フラグメント分子軌道法に基づくアカデミア創薬2015

    • 著者名/発表者名
      田中成典
    • 学会等名
      CBI学会2015年大会
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都・江東区)
    • 年月日
      2015-10-28
    • 招待講演
  • [学会発表] Nonequilibrium Processes in Biomolecular Systems2015

    • 著者名/発表者名
      S. Tanaka
    • 学会等名
      Workshop on "Current Topics in Nano Simulations" (CT-NanoSim2015)
    • 発表場所
      Tsukuba University (Ibaraki, Tsukuba)
    • 年月日
      2015-09-17
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] タンパク質の量子化学計算の現状2015

    • 著者名/発表者名
      田中成典
    • 学会等名
      第15回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      あわぎんホール(徳島県・徳島市)
    • 年月日
      2015-06-24
    • 招待講演
  • [備考] 神戸大学大学院システム情報学研究科計算科学専攻計算生物学講座

    • URL

      http://eniac.scitec.kobe-u.ac.jp/tanaka/

  • [備考] FMO創薬コンソーシアム

    • URL

      http://eniac.scitec.kobe-u.ac.jp/fmodd/index.html

  • [備考] 神戸大学計算科学教育センター 遠隔講義「計算生命科学の基礎」

    • URL

      http://www.eccse.kobe-u.ac.jp/distance_learning/

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公開日: 2017-01-06  

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