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2016 年度 実績報告書

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, システム情報学研究科, 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

平成28年度は「FMO創薬コンソーシアム」の活動と連携して、キナーゼp38に対する100種類近くのリガンド分子の結合構造に対して行ったフラグメント分子軌道(FMO; Fragment Molecular Orbital)計算(MP2/6-31G*レベル)の結果を基に、IC50などの活性値との相関を良くする(説明する)ための系統的な解析・検討を行った。出発構造における残基や原子の欠損の補完や水素付加、構造最適化、リガンドの分子構造によるクラスタリングなどを注意深く行うことで、結合エネルギーの計算値(IFIE; Inter-Fragment Interaction Energy)と実験値との合理的な整合性がとれるようになった。また、リガンド種とアミノ酸残基で構成したIFIE行列に対する特異値分解が相関の改善に有用であることもわかった。薬剤設計のための、これらの第一原理的なFMO解析に加えて、その周辺の理論解析として、モルビリ(麻疹)ウイルスと3種類のレセプターに対する結合親和性のFMO解析や、ガンに関わるRas/Rafタンパク質複合体の分子動力学計算、リガンドドッキングシミュレーションにおけるタンパク質の構造変化を考慮したFlexible Dockingシミュレーションの手法開発や、水の局所的な熱力学を考慮したドッキングのスコア関数の改良、生体分子周辺の水の水素結合ネットワークのもつエントロピーの動的変動の評価なども試みた。平成26-28年の3年間の研究を通して、生体分子系の第一原理的な電子状態計算を可能とするFMO法をベースに、X線結晶構造解析や分子動力学シミュレーションで得られた構造を用いてドラッグデザインを効率的かつ定量的に行うための様々な計算技術基盤が構築され、また上記FMO創薬コンソーシアムを通して、製薬企業などの数多くの研究者に技術提供することができた。

備考

遠隔講義「計算生命科学の基礎III」のオーガナイザーを務めた。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件、 謝辞記載あり 9件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 5件) 図書 (1件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] カールスルーエ大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      カールスルーエ大学
  • [雑誌論文] An Effective Microscopic Index Associated with Cell Survival and DNA Lesions for Estimating Radiation Risk2017

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

      J. Environ. Health Sci.

      巻: 3 ページ: 1- 5

    • DOI

      DOI: 10.15436/2378-6841.17.1187

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Improved Equation of State for Finite-Temperature Spin-Polarized Electron Liquids on the Basis of Singwi-Tosi-Land-Sjolander Approximation2017

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

      Contrib. Plasma Phys.

      巻: 57 ページ: 126-136

    • DOI

      DOI: 10.1002/ctpp.201600096

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Cosolvent-Based Molecular Dynamics for Ensemble Docking: Practical Method for Generating Druggable Protein Conformations2017

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

      J. Chem. Inf. Model.

      巻: 57 ページ: 742-756

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1021/acs.jcim.6b00791

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [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] Reduced Minimum Model for the Photosynthetic Induction Processes in Photosystem I2016

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

      J. Photochem. Photobiol. B: Biology

      巻: 160 ページ: 364-375

    • DOI

      doi:10.1016/j.jphotobiol.2016.04.009

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Four-Electron Model for Singlet and Triplet Excitation Energy Transfers with Inclusion of Coherence Memory, Inelastic Tunneling and Nuclear Quantum Effects2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Suzuki, K. Ebina, S. Tanaka
    • 雑誌名

      Chem. Phys.

      巻: 474 ページ: 18-24

    • DOI

      DOI: 10.1016/j.chemphys.2016.05.001

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Local Thermodynamics of the Water Molecules around Single- and Double-Stranded DNA Studied by Grid Inhomogeneous Solvation Theory2016

    • 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

      Chem. Phys. Lett.

      巻: 660 ページ: 250-255

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.cplett.2016.08.032

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Meteorite Impact-Induced Rapid NH3 Production on Early Earth: Ab Initio Molecular Dynamics Simulation2016

    • 著者名/発表者名
      K. Shimamura, F. Shimojo, A. Nakano, S. Tanaka
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 6 ページ: 38953

    • DOI

      doi: 10.1038/srep38953

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Correlational and Thermodynamic Properties of Finite-Temperature Electron Liquids in the Hypernetted-Chain Approximation2016

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

      J. Chem. Phys.

      巻: 145 ページ: 214104

    • DOI

      doi: 10.1063/1.4969071

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] AutoDock-GIST: Incorporating Thermodynamics of Active-Site Water into Scoring Function for Accurate Protein-Ligand Docking2016

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

      Molecules

      巻: 21 ページ: 1604

    • DOI

      doi:10.3390/molecules21111604

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 量子生命科学の展望2017

    • 著者名/発表者名
      田中成典
    • 学会等名
      第1回量子生命科学研究会
    • 発表場所
      東京大学山上会館(東京都・文京区)
    • 年月日
      2017-04-12
    • 招待講演
  • [学会発表] バイオシミュレーションにおける分子夾雑効果2017

    • 著者名/発表者名
      田中成典
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会・特別企画「分子夾雑の生命化学」
    • 発表場所
      慶応義塾大学(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-16
    • 招待講演
  • [学会発表] 水和生体分子系の熱力学2017

    • 著者名/発表者名
      田中成典
    • 学会等名
      公開シンポジウム「気候変動の中での(植物)生態系へのマクロ、ミクロからの考察:光合成、植物進化までを視座に置いて」
    • 発表場所
      酪農学園大学(北海道・江別市)
    • 年月日
      2017-02-20
    • 招待講演
  • [学会発表] 水溶液中の生体分子の構造変化に伴う自由エネルギー解析2017

    • 著者名/発表者名
      田中成典
    • 学会等名
      FIBER未来大学・第2回研究成果報告会
    • 発表場所
      甲南大学(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2017-01-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical Study on Dynamics and Functions of Solvated Biomolecules2016

    • 著者名/発表者名
      S. Tanaka
    • 学会等名
      FIBER Future College: FIBER国際核酸サミット2016
    • 発表場所
      甲南大学(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2016-07-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] Recent Progress in Quantum Monte Carlo (ACS Symposium Series 1234)2016

    • 著者名/発表者名
      S. Tanaka, P.-N. Roy, L. Mitas
    • 総ページ数
      173
    • 出版者
      American Chemical Society
  • [備考] Research by Shigenori Tanaka

    • URL

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

  • [備考] FMO創薬コンソーシアム

    • URL

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

  • [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III」

    • URL

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

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公開日: 2018-01-16  

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