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2011 年度 実績報告書

タンパク質複合体形成・解離に関わるモードカップリング解析法開発

公募研究

研究領域揺らぎが機能を決める生命分子の科学
研究課題/領域番号 23107705
研究機関東京大学

研究代表者

北尾 彰朗  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 准教授 (30252422)

キーワードダイナミクス / エネルギー地形 / 構造変化 / シミュレーション
研究概要

本研究では、タンパク質の複合体形成や解離のメカニズムを、構成する原子の集団的自由度(モード)間のカップリングというコンセプトで、これまでのInduced-fitやpre-existingモデルよりも詳細なレベルで明らかにするシミュレーション手法を開発することを目指している。将来的には、アミノ酸変異やアロステリックリガンドによって機能を制御し、結合部位をブロックするような既存の創薬とは異なる新たな創薬スキームを可能にするための基礎を確立したいと考えている。
当該年度は、構造変化の効率的サンプリングと自由エネルギー地形計算に進展があった。まずTransform and Relax Sampling(TRS)を開発した。この手法はシステムにランダムな摂動を与えることで、タンパク質のソフトモードを励起するシミュレーション法である。これのよりこれまで粗視化シミュレーションによって行ってきた広い立体構造空間のサンプリングを、あらわに溶媒分子を含めたシミュレーションを実行できるTRSで置き換えることが可能になった。
また、2つの状態間をつなぐトラジェクトリを生成するPACS-MD(PArallel Cascade Selection Molecular dynamics)の開発を進めた。これは完全に独立な複数のトラジェクトリからターゲット構造に近いものを選択するプロセスを繰り返すことで、システムにバイアスをかけることなしに2状態間を接続するトラジェクトリを生成するものである。タンパク質のフォールディング・アンフォールディングやドメイン運動において、この手法が有効であることが明らかになってきた。
また、MSFEL(Multiscale Sampling for Free Energy Landscape analysis)法を用いた自由エネルギー計算をいくつかのシステムで実行した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

モードカップリング解析法の開発に関してはそれほど大きな発展はなかったが、自由エネルギー計算に関しては、MSFEL(Multiscale Sampling for Free Energy Landscape analysis)法の応用が進んだ。また、システムにランダムな摂動を与えることでソフトモードを効率的にサンプリングするTransformandRelaxSampling(TRS)を開発した。更に2つの状態間をつなぐトラジェクトリを生成するPACS-MD(PArallel Cascade Selection Molecular dynamics)の開発が進んだことなど予定よりも計画が進展した。

今後の研究の推進方策

自由エネルギー地形計算に関しては、昨年度開発したTransform and Relax Sampling(TRS)を発展させ、MSFEL(Multiscale Sampling for Free Energy Landscape analysis)法と組み合わせて自由エネルギーを計算できるように手法開発を行う。またPACS-MDの完成を目指した研究を行う予定である。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (24件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] The fast-folding mechanism of villin headpiece subdomain studied by multi-scale distributed computing2012

    • 著者名/発表者名
      Ryuhei Harada, Akio Kitao
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Theory and Computation

      巻: 8(1) ページ: 290-299

    • DOI

      DOI:10.1021/ct200363h

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exploring the Folding Free Energy Landscape of a β-Hairpin Miniprotein, Chignolin, Using Multiscale Free Energy Landscape Calculation Method2011

    • 著者名/発表者名
      Ryuhei Harada, Akio Kitao
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 115(27) ページ: 8806-8812

    • DOI

      DOI:10.1021/jp2008623

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transform and relax sampling for highly anisotropic systems : Application to protein domain motion and folding2011

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 135(4) ページ: 045101-045114

    • DOI

      DOI:10.1063/1.3613676

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Screw motion regulates multiple functions of T4 phase protein gp5 during cell puncturing2011

    • 著者名/発表者名
      Wataru Nishima, Shuji Kanamaru, Fumio Arisaka, Akio Kitao
    • 雑誌名

      Journal of The American Chemical Society

      巻: 133(34) ページ: 13571-13576

    • DOI

      DOI:10.1021/ja204451g

    • 査読あり
  • [学会発表] 細菌べん毛モーター固定子MotA/MotBの構造モデリング2012

    • 著者名/発表者名
      西原泰孝, 北尾彰朗
    • 学会等名
      2011年度べん毛研究交流会
    • 発表場所
      静岡県伊豆市/ラフォーレ修善寺(at3/10)
    • 年月日
      20120309-20120311
  • [学会発表] ウィルスT4ゲノムパッケージングモーターの分子ダイナミクス2012

    • 著者名/発表者名
      竹村和浩, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第5回次世代ナノ統合シミュレーションソフトウェアの研究開発(ナノ統合)
    • 発表場所
      兵庫県神戸市/ニチイ学館神戸ポートアイランドセンター(at3/5)
    • 年月日
      20120305-20120306
  • [学会発表] 大規模分子動力学によるウィルス感染初期過程シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      二島渉, 金丸周司, 有坂文雄, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第5回次世代ナノ統合シミュレーションソフトウェアの研究開発(ナノ統合)
    • 発表場所
      兵庫県神戸市/ニチイ学館神戸ポートアイランドセンター(at3/5)
    • 年月日
      20120305-20120306
  • [学会発表] ウィルスT4ゲノムパッケージングモーターの分子ダイナミクス2012

    • 著者名/発表者名
      竹村和浩, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第2回計算物質科学イニシアティブ(CMSI)研究会
    • 発表場所
      宮城県仙台市/東北大学・金属材料研究所・講堂(at1/30)
    • 年月日
      20120130-20120131
  • [学会発表] Finding Function-relevant Dynamics in Proteins2012

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      揺らぎと生体機能・第5回公開シンポジウム
    • 発表場所
      奈良県奈良市/東大寺総合文化センター(招待講演)(at1/8)
    • 年月日
      20120107-20120108
  • [学会発表] Water Model Tuning toward Better Reproduction of Rotational Diffusion and NMR Spectral Density2012

    • 著者名/発表者名
      竹村和浩, 北尾彰朗
    • 学会等名
      揺らぎと生体機能・第5回公開シンポジウム
    • 発表場所
      奈良県奈良市/東大寺総合文化センター(at1/8)
    • 年月日
      20120107-20120108
  • [学会発表] タンパク質ソフトモードのサンプリングと相関解析2012

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      研究会「高次元のサンプリングとデータ解析からみたシミュレーション科学」
    • 発表場所
      東京都立川市/統計数理研究所(招待講演)
    • 年月日
      2012-03-07
  • [学会発表] 生体超分子の構造変化を制御する分子メカニズム2011

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      分子研研究会「実験と理論による高次分子システムの機能発現の分子論的理解」
    • 発表場所
      愛知県岡崎市/岡崎コンファレンスセンター(招待講演)(at11/2)
    • 年月日
      20111101-20111102
  • [学会発表] 分子シミュレーションによるタンパク質ダイナミクスとテラヘルツ分光2011

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      日本分光学会テラヘルツ分光部会シンポジウムテラヘルツ分光法の最先端V~バイオテラヘルツ分光~
    • 発表場所
      神奈川県横浜市/パシフィコ横浜(招待講演)(at9/28)
    • 年月日
      20110928-20110929
  • [学会発表] 機能を生み出すタンパク質の異方的ダイナミクス2011

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山県富山市/富山大学五福キャンパス(招待講演)(at9/23)
    • 年月日
      20110921-20110924
  • [学会発表] Transform and Relax Samplingによるタンパク質の構造変化解析2011

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山県富山市/富山大学五福キャンパス(at9/23)
    • 年月日
      20110921-20110924
  • [学会発表] Clustering method for rigid-body docking prediction based on complex decoy interface2011

    • 著者名/発表者名
      大森聡, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会
    • 発表場所
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(招待講演)(at9/16)
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] Transform and relax sampling to enhance slow protein dynamics2011

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会
    • 発表場所
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] Solvation Free Energy of Complex : a potential tool for improving scoring function in protein-protein docking2011

    • 著者名/発表者名
      竹村和浩, 郭皓, 桜庭俊, 松林伸幸, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会
    • 発表場所
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] Docking study to investigate the interaction of p53 domains with Mdm2 and Azurin2011

    • 著者名/発表者名
      Raghunadha Reddy Burri, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会
    • 発表場所
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] Structural modeling of the stator complex MotA/MotB in bacterial flagellar motor2011

    • 著者名/発表者名
      西原泰孝, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会
    • 発表場所
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] Molecular Dynamics Simulation of Protein Using Robot Dynamics Algorithm2011

    • 著者名/発表者名
      山守優, 竹村和浩, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会
    • 発表場所
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] Theoretical Analysis of α-Actin Stability at High Pressure2011

    • 著者名/発表者名
      若井信彦, 竹村和浩, 森田貴己, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会
    • 発表場所
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] ウイルスT4ファージの膜貫通メカニズム2011

    • 著者名/発表者名
      二島渉, 金丸周司, 有坂文雄, 北尾彰朗
    • 学会等名
      計算分子科学研究拠点第2回研究会
    • 発表場所
      兵庫県神戸市/理化学研究所計算科学研究機構(at8/12)
    • 年月日
      20110811-20110812
  • [学会発表] Enhancement of soft protein dynamics and efficient free energy calculation by molecular dynamics simulation2011

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao
    • 学会等名
      Telluride Science Research Center Workshop on Protein Dynamics
    • 発表場所
      USA/CO/Telluride(招待講演)(at8/1)
    • 年月日
      20110801-20110805
  • [学会発表] 高圧下におけるαアクチン構造安定性の理論的解析2011

    • 著者名/発表者名
      若井信彦, 竹村和浩, 森田貴己, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      大阪府吹田市/ホテル阪急エキスポパーク(at6/7)
    • 年月日
      20110607-20110609
  • [学会発表] 細菌べん毛モーター固定子MotA/MotB複合体の分子モデリング2011

    • 著者名/発表者名
      西原泰孝, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      大阪府吹田市/ホテル阪急エキスポパーク(at6/8)
    • 年月日
      20110607-20110609
  • [学会発表] 溶媒和自由エネルギーを用いた蛋白質-蛋白質ドッキング複合体の評価2011

    • 著者名/発表者名
      竹村和浩, Hao Guo, 桜庭俊, 松林伸幸, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      大阪府吹田市/ホテル阪急エキスポパーク(at6/8)
    • 年月日
      20110607-20110609
  • [学会発表] 超並列マルチスケールシミュレーションMSFELで探る生体分子の自由エネルギー地形2011

    • 著者名/発表者名
      原田隆平, 北尾彰朗
    • 学会等名
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      大阪府吹田市/ホテル阪急エキスポパーク(at6/8)
    • 年月日
      20110607-20110609
  • [備考]

    • URL

      http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/MolDes/

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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