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2021 年度 実績報告書

高速分子動画を補完する構造変化の自由エネルギー地形と経路・流量の解析

公募研究

研究領域高速分子動画法によるタンパク質非平衡状態構造解析と分子制御への応用
研究課題/領域番号 20H05439
研究機関東京工業大学

研究代表者

北尾 彰朗  東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (30252422)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワードアンサンブル / エネルギー地形 / 経路 / 流量 / PaCS-MD/MSM
研究実績の概要

昨年度に引き続き、COVID-19の原因となるSARS-CoV-2ウイルスのエンドヌクレアーゼNsp15を阻害する化合物の探索をおこなった。Nsp15は機能状態で6量体を形成するが、単量体に結合・安定化し、6量体化を阻害する化合物によってNsp15の機能を阻害し、感染能を低下させることを目指したものである。PaCS-MD/MSM法を用いて単量体の自由エネルギー地形を調べ、単量体が最も取りやすい立体構造を明らかにし、これをターゲットとしてバーチャルスクリーニングを行い、有力な化合物を選び出し、dPaCS-MD/MSMによって化合物の標準結合自由エネルギーを評価した結果、非常に強い結合能をもつ化合物を発見することができた。この研究成果について原著論文にまとめ、Scientific Reports誌に掲載した(Inhibition of the hexamerization of SARS-CoV-2 endoribonuclease and modeling of RNA structures bound to the hexamer. DP Tran, Y Taira, T Ogawa, R Misu, Y Miyazawa, A Kitao, Scientific reports 12 (1), 1-15, (2022))。
また昨年度から引き続いて本領域の名古屋大学清中グループとの共同研究でGタンパク質共役受容体mGlu1とリガンドの相互作用解析を進めた。アミノ酸変異やリガンドのわずかな違いによって生じるmGlu1への効果の違いを評価するためにMD計算によって動的立体構造に生じる違いの評価を進めた。具体的にはFMPTとFPETという2つのリガンドのわずかな違いによってトグルスイッチと呼ばれる部位のダイナミクスに有意な違いが生み出されることを見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 8件、 招待講演 9件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] University of Toronto(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      University of Toronto
  • [国際共同研究] University of East Anglia(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of East Anglia
  • [雑誌論文] Inhibition of the hexamerization of SARS-CoV-2 endoribonuclease and modeling of RNA structures bound to the hexamer2022

    • 著者名/発表者名
      Tran Duy Phuoc、Taira Yuta、Ogawa Takumi、Misu Ryoga、Miyazawa Yoshiki、Kitao Akio
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 3860(1-15)

    • DOI

      10.1038/s41598-022-07792-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dissociation Pathways of the p53 DNA Binding Domain from DNA and Critical Roles of Key Residues Elucidated by dPaCS-MD/MSM2022

    • 著者名/発表者名
      Sobeh Mohamed Marzouk、Kitao Akio
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Information and Modeling

      巻: 62 ページ: 1294~1307

    • DOI

      10.1021/acs.jcim.1c01508

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Regulatory Switching by Concerted Motions on the Microsecond Time Scale of the Oxygen Sensor Protein FixL2021

    • 著者名/発表者名
      Yamawaki Takeo、Mizuno Misao、Ishikawa Haruto、Takemura Kazuhiro、Kitao Akio、Shiro Yoshitsugu、Mizutani Yasuhisa
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 125 ページ: 6847~6856

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.1c01885

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Using molecular dynamics simulations to prioritize and understand AI-generated cell penetrating peptides2021

    • 著者名/発表者名
      Tran Duy Phuoc、Tada Seiichi、Yumoto Akiko、Kitao Akio、Ito Yoshihiro、Uzawa Takanori、Tsuda Koji
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: 107792(1-13)

    • DOI

      10.1038/s41598-021-90245-z

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The role of the half-turn in determining structures of Alzheimer’s Aβ wild-type and mutants2021

    • 著者名/発表者名
      Hayward Steven、Kitao Akio
    • 雑誌名

      Journal of Structural Biology

      巻: 213 ページ: 107792~107792

    • DOI

      10.1016/j.jsb.2021.107792

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Binding free energy of protein/ligand complexes calculated using dissociation Parallel Cascade Selection Molecular Dynamics and Markov state model2021

    • 著者名/発表者名
      Hata Hiroaki、Phuoc Tran Duy、Marzouk Sobeh Mohamed、Kitao Akio
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 18 ページ: 305~316

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v18.037

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] SARS-CoV-2 エンドリボヌクレアーゼのオリゴマー化阻害2021

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      新学術領域「高速分子動画」Web セミナー「構造生物学・化学・計算科学を融合させたウイルス・パンデミックに対する取り組み」
    • 招待講演
  • [学会発表] インシリコシミュレーションで探るタンパク質複合体の結合親和性とキネティックス2021

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      日本薬学会構造活性相関部門構造活性フォーラム2021「次期スーパーコンピュータ「富岳」時代の計算創薬」
    • 招待講演
  • [学会発表] Simulated dissociation/association dynamics between proteins and other molecules2021

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao
    • 学会等名
      TSRC WS「Protein Dynamics」
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Observing biomolecules through a lens of computer simulation2021

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗, TRAN Phuoc Duy
    • 学会等名
      C2C Program Kick off symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] PaCS-MD/MSM to investigate protein motions and association/dissociation of protein complexes2021

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao
    • 学会等名
      Symposium on Computer Simulations and Cryo-ET/EM of Complex Biomolecular Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular movie of protein association/dissociation dynamics2021

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会シンポジウム(原子レベルの動的構造解析が拓く生体分子機能の理解)
    • 招待講演
  • [学会発表] Roles of hydration/dehydration for dissociation, association and stabilization of protein complexes2021

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao
    • 学会等名
      Pacific Chem 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Transport mechanisms of ions, peptides and proteins through the biological membrane2021

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao
    • 学会等名
      Pacific Chem 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Atomic mechanism of the complete association of intrinsically disordered peptide to protein2021

    • 著者名/発表者名
      Duy Tran, Akio Kitao
    • 学会等名
      XXXII IUPAP Conference on Computational Physics(ccp2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] 結合速度論解析2021

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      「富岳」2021ワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] Application of ColDock to docking of cryptic pockets2021

    • 著者名/発表者名
      Ryunosuke Kiuchi, Kazuhiro Takemura, Akio Kitao
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] DNA bending enhances the dissociation of tetrameric p53’s coredomains2021

    • 著者名/発表者名
      Duy Tran, Akio Kitao
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Unguided Binding MD of Protein-Protein Complexes by PPI-ColDock2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Takemura, Akio Kitao
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Dynamics of Close-Open State of CALB Obtained by Parallel Cascade Molecular Dynamics Simulation and The Markov State Model2021

    • 著者名/発表者名
      Wijaya Tegar N., 北尾彰朗
    • 学会等名
      第21回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Investigating the dissociation process and kinetic rates of DBD-p53/DNA complex by PaCS-MD and MSM2021

    • 著者名/発表者名
      マルゾーク モハメド, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第21回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Unguided Binding MD of Protein-Protein Complexes by PPI-ColDock2021

    • 著者名/発表者名
      竹村和浩, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第21回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Benchmarking the free energy calculation of PaCS-MD/MSM2021

    • 著者名/発表者名
      チャン フ ズイ, 畑 宏明,中矢 光, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第21回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Predicting the complex conformations of protein/intrinsically disordered peptide complexes using a method termed a/dPaCS-MD2021

    • 著者名/発表者名
      Duy Phuoc Tran, Akio Kitao
    • 学会等名
      The Protein Society-35th Anniversary Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Binding free energy calculation with dPaCS-MD/MSM2021

    • 著者名/発表者名
      Duy Phuoc Tran, Akio Kitao
    • 学会等名
      C2C Program Kick off symposium
    • 国際学会
  • [備考] 北尾研ホームページ

    • URL

      http://www.kitao.bio.titech.ac.jp/

  • [備考] 北尾研twitter

    • URL

      https://twitter.com/compprosci

  • [備考] 北尾研Facebook

    • URL

      https://www.facebook.com/CompProtSci/

  • [備考] 北尾研YouTube

    • URL

      https://www.youtube.com/channel/UCuUd9AnHzKNHPqRt7PHy99g/videos

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公開日: 2022-12-28  

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