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2014 年度 実績報告書

ドッキングと分子シミュレーションの連帯によるタンパク質複合体の高精度構造予測

公募研究

研究領域天然物ケミカルバイオロジー:分子標的と活性制御
研究課題/領域番号 26102722
研究機関金沢大学

研究代表者

齋藤 大明  金沢大学, 数物科学系, 助教 (40506820)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード分子動力学法 / 分子ドッキング法 / 結合自由エネルギー / 自由エネルギー計算
研究実績の概要

本申請研究はタンパク質-基質複合体の構造予測の精度向上を目的に,ドッキングシミュレーションと分子動力学(MD)シミュレーションを連帯させた新しい計算手法を提案し,これを用い,結合ポケット内における基質の最安定配向の探索手法の開発を行い,計算プログラムの開発とテスト計算を行なう.さらに結合自由エネルギー解析からタンパク質結合サイトの同定と結合構造の同定を行なう.
平成26年度ではMDシミュレーションを用いてapoタンパク質の結合ポケットの構造サンプリングを効率的に行った.得られたポケット構造に対してdrugable解析(ポケットの表面・体積・hydrophobicity解析)を実行し,リガンド分子に対する最適ポケット構造のスクリーニングを行った.これらMD計算によって得られたアンサンブル構造に対してドッキングシミュレーションを行ったところ,実験で得られるholoタンパク質構造と良い精度で一致するリガンド複合体構造が示され,開発した手法の有効性が示された.研究結果は幾つかの国内外の学会・シンポジウムにて発表し,研究論文として国際雑誌に投稿中である.今後は開発した研究手法を実際の標的タンパク質に対する薬剤スクリーニングに適用し,最適薬剤の候補選定の研究を行なう.
オリジナルのドッキングプログラムの開発も行った.現状では,他の計算プログラム(DOCK6.6)と同程度の計算精度を持つプログラムとなっている.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

ベースとなる計算手法は作成し,テスト計算から手法の有効性が示されたが,手法の汎用性の検証が不十分でありこれを行なう必要がある.またより高精度の結合構造予測のためにはリガンド-レセプターの結合自由エネルギー計算の導入が必須である.

今後の研究の推進方策

開発した手法の汎用性の検証のために,様々な標的タンパク質を対象にした計算を実行する.手法の精度を構造させるために計算パラメータの最適化を行なう.開発した研究手法を実際の標的タンパク質に対する薬剤スクリーニングに適用し,最適薬剤の候補選定の研究を行なう.自由エネルギー計算の導入によりより高精度のリガンド-レセプターの結合構造予測を行なう.

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (18件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A hybrid-type approach with MD and DFT calculations for evaluation of redox potential of molecules2015

    • 著者名/発表者名
      Masashi Iwayama, Isman Kurniawan , Kazutomo Kawaguchi , Hiroaki Saito and Hidemi Nagao
    • 雑誌名

      Molecular Simulation

    • DOI

      10.1080/08927022.2015.1012641

  • [雑誌論文] NAMDを用いた分子動力学2015

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 64 ページ: 153-155

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of water molecules around GTP in Hras-GTP complex and GDP in Hras-GDP complex by molecular dynamics simulations2014

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Miyakawa, Ryota Morikawa, Masako Takasu, Kimikazu Sugimori, Kazutomo Kawaguchi, Hiroaki Saito, Hidemi Nagao
    • 雑誌名

      Mol. Phys.

      巻: 112 ページ: 526-532

    • DOI

      10.1080/00268976.2013.852697

    • 査読あり
  • [学会発表] Computation of redox potential of molecules by energy representation method2015

    • 著者名/発表者名
      Masashi Iwayama, Kazutomo Kawaguchi, Hiroaki Saito, and Hidemi Nagao
    • 学会等名
      International Symposium On Computational Science 2015
    • 発表場所
      Kanazawa, Japan
    • 年月日
      2015-02-17 – 2015-02-18
  • [学会発表] Prediction of Solvation Free Energy of Proteins: Molecular Dynamics Simulation and QSPR Model Approach2015

    • 著者名/発表者名
      Sri R. Natasia, Hiroaki Saito, Taku Mizukami, Kazutomo Kawaguchi and Hidemi Nagao
    • 学会等名
      International Symposium On Computational Science 2015
    • 発表場所
      Kanazawa, Japan
    • 年月日
      2015-02-17 – 2015-02-18
  • [学会発表] Exploring an accurate ligand-binding pose: ensemble-based docking study2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito
    • 学会等名
      55th Sanibel symposium
    • 発表場所
      St. Simons island, GA, USA
    • 年月日
      2015-02-15 – 2015-02-20
  • [学会発表] 水溶媒中の Hras-GTP 複合体の溶媒水との水素結合の解析2014

    • 著者名/発表者名
      宮川毅, 森河良太, 高須昌子, 杉森公一, 川口一朋, 齋藤大明, 長尾秀実
    • 学会等名
      第 28 回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-14
  • [学会発表] 水溶液中の粒子間に働く力の粒子サイズ依存性2014

    • 著者名/発表者名
      川口一朋, 齋藤大明, 長尾秀実
    • 学会等名
      第 28 回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-14
  • [学会発表] フレキシブルレセプターモデルを用いた分子ドッキング2014

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明, 川口一朋, 長尾秀実
    • 学会等名
      第 28 回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-14
  • [学会発表] Development of molecular docking method with flexible ligand/receptor model2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito, Kazutomo Kawaguchi, Hidemi Nagao
    • 学会等名
      The 3rd International symposium on chemical biology of natural products: target ID and regulation of bioactivity
    • 発表場所
      千里
    • 年月日
      2014-10-28 – 2014-10-29
  • [学会発表] Thermal Stability of Gramicidin A in Lipid Bilayer: A Free Energy Analysis2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito
    • 学会等名
      International Symposium on Extended Molecular Dynamics and Enhanced Sampling: Nosé Dynamics 30 Years (NOSE30)
    • 発表場所
      Keio University
    • 年月日
      2014-10-10 – 2014-10-11
  • [学会発表] Molecular docking study of structure and binding energy of ligand-protein complex in dissociation process2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito, Kazutomo Kawaguchi, Hidemi Nagao
    • 学会等名
      第52回生物物理年会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2014-09-25 – 2014-09-26
  • [学会発表] Theoretical study of distribution of ADP in binding pocket of Hsp902014

    • 著者名/発表者名
      Kazutomo Kawaguchi, Hiroaki Saito, Hidemi Nagao
    • 学会等名
      第52回生物物理年会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2014-09-25 – 2014-09-26
  • [学会発表] フレキシブルモデルを用いた分子ドッキング法の開発2014

    • 著者名/発表者名
      齋藤大明,川口一朋,長尾秀実
    • 学会等名
      第8回分子科学会
    • 発表場所
      東広島
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] Comparative Studies in Prediction Solvation Free Energy in Octanol of Organic Compounds2014

    • 著者名/発表者名
      Sri Rahayu Natasia, Kazutomo Kawaguchi, Hiroaki Saito, Hidemi Nagao
    • 学会等名
      第8回分子科学会
    • 発表場所
      東広島
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] MD法とQM/MM計算によるブルー銅タンパク質の酸化還元電位に関する理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      岩山将士,齋藤大明,川口一朋,長尾秀実
    • 学会等名
      第8回分子科学会
    • 発表場所
      東広島
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] 胃内部脂質二重層膜の構造安定性に関する理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      堀口 翔吾, 齋藤 大明, 川口 一朋, 長尾 秀実
    • 学会等名
      第8回分子科学会
    • 発表場所
      東広島
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] 分子動力学法による多層ラメラ脂質二重層膜の安定性に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      田中 勇真, 齋藤 大明, 川口 一朋, 長尾 秀実
    • 学会等名
      第8回分子科学会
    • 発表場所
      東広島
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] タンパク質間の解離過程における 自由エネルギー地形に関する理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      松井 貴寛, 齋藤 大明, 川口 一朋, 長尾 秀実
    • 学会等名
      第8回分子科学会
    • 発表場所
      東広島
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] Hras-GTP の GTP 周辺での溶媒水と複合体の水素結合の分子動力学法による研究2014

    • 著者名/発表者名
      宮川毅, 森河良太, 高須昌子, 杉森公一, 川口一朋, 齋藤大明, 長尾秀実
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-11
  • [学会発表] Molecular docking study of protein-ligand system2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki SAITO, Kazutomo KAWAGUCHI, and Hidemi NAGAO
    • 学会等名
      International Symposium on Computational Science 2014
    • 発表場所
      Institut Teknologi Bandung, Indonesia
    • 年月日
      2014-05-20 – 2014-05-20
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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