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2011 Fiscal Year Annual Research Report

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

Publicly Offered Research

Project AreaMolecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
Project/Area Number 23107705
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

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

Keywords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
Research Abstract

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。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

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。

Strategy for Future Research Activity

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。

  • Research Products

    (29 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (24 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] The fast-folding mechanism of villin headpiece subdomain studied by multi-scale distributed computing2012

    • Author(s)
      Ryuhei Harada, Akio Kitao
    • Journal Title

      Journal of Chemical Theory and Computation

      Volume: 8(1) Pages: 290-299

    • DOI

      DOI:10.1021/ct200363h

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exploring the Folding Free Energy Landscape of a β-Hairpin Miniprotein, Chignolin, Using Multiscale Free Energy Landscape Calculation Method2011

    • Author(s)
      Ryuhei Harada, Akio Kitao
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 115(27) Pages: 8806-8812

    • DOI

      DOI:10.1021/jp2008623

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transform and relax sampling for highly anisotropic systems : Application to protein domain motion and folding2011

    • Author(s)
      Akio Kitao
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 135(4) Pages: 045101-045114

    • DOI

      DOI:10.1063/1.3613676

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Screw motion regulates multiple functions of T4 phase protein gp5 during cell puncturing2011

    • Author(s)
      Wataru Nishima, Shuji Kanamaru, Fumio Arisaka, Akio Kitao
    • Journal Title

      Journal of The American Chemical Society

      Volume: 133(34) Pages: 13571-13576

    • DOI

      DOI:10.1021/ja204451g

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 細菌べん毛モーター固定子MotA/MotBの構造モデリング2012

    • Author(s)
      西原泰孝, 北尾彰朗
    • Organizer
      2011年度べん毛研究交流会
    • Place of Presentation
      静岡県伊豆市/ラフォーレ修善寺(at3/10)
    • Year and Date
      20120309-20120311
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      竹村和浩, 北尾彰朗
    • Organizer
      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)
    • Place of Presentation
      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)
    • Year and Date
      20120305-20120306
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      二島渉, 金丸周司, 有坂文雄, 北尾彰朗
    • Organizer
      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)
    • Place of Presentation
      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)
    • Year and Date
      20120305-20120306
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      竹村和浩, 北尾彰朗
    • Organizer
      第2回計算物質科学イニシアティブ(CMSI)研究会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市/東北大学・金属材料研究所・講堂(at1/30)
    • Year and Date
      20120130-20120131
  • [Presentation] Finding Function-relevant Dynamics in Proteins2012

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      揺らぎと生体機能・第5回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      奈良県奈良市/東大寺総合文化センター(招待講演)(at1/8)
    • Year and Date
      20120107-20120108
  • [Presentation] Water Model Tuning toward Better Reproduction of Rotational Diffusion and NMR Spectral Density2012

    • Author(s)
      竹村和浩, 北尾彰朗
    • Organizer
      揺らぎと生体機能・第5回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      奈良県奈良市/東大寺総合文化センター(at1/8)
    • Year and Date
      20120107-20120108
  • [Presentation] タンパク質ソフトモードのサンプリングと相関解析2012

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      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」
    • Place of Presentation
      東京都立川市/統計数理研究所(招待講演)
    • Year and Date
      2012-03-07
  • [Presentation] 生体超分子の構造変化を制御する分子メカニズム2011

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      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」
    • Place of Presentation
      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)
    • Year and Date
      20111101-20111102
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      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~
    • Place of Presentation
      神奈川県横浜市/パシフィコ横浜(招待講演)(at9/28)
    • Year and Date
      20110928-20110929
  • [Presentation] 機能を生み出すタンパク質の異方的ダイナミクス2011

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山県富山市/富山大学五福キャンパス(招待講演)(at9/23)
    • Year and Date
      20110921-20110924
  • [Presentation] Transform and Relax Samplingによるタンパク質の構造変化解析2011

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山県富山市/富山大学五福キャンパス(at9/23)
    • Year and Date
      20110921-20110924
  • [Presentation] Clustering method for rigid-body docking prediction based on complex decoy interface2011

    • Author(s)
      大森聡, 北尾彰朗
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      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)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Transform and relax sampling to enhance slow protein dynamics2011

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Solvation Free Energy of Complex : a potential tool for improving scoring function in protein-protein docking2011

    • Author(s)
      竹村和浩, 郭皓, 桜庭俊, 松林伸幸, 北尾彰朗
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Docking study to investigate the interaction of p53 domains with Mdm2 and Azurin2011

    • Author(s)
      Raghunadha Reddy Burri, 北尾彰朗
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Structural modeling of the stator complex MotA/MotB in bacterial flagellar motor2011

    • Author(s)
      西原泰孝, 北尾彰朗
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Molecular Dynamics Simulation of Protein Using Robot Dynamics Algorithm2011

    • Author(s)
      山守優, 竹村和浩, 北尾彰朗
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Theoretical Analysis of α-Actin Stability at High Pressure2011

    • Author(s)
      若井信彦, 竹村和浩, 森田貴己, 北尾彰朗
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      兵庫県姫路市/兵庫県立大学姫路書写キャンパス(at9/18)
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] ウイルスT4ファージの膜貫通メカニズム2011

    • Author(s)
      二島渉, 金丸周司, 有坂文雄, 北尾彰朗
    • Organizer
      計算分子科学研究拠点第2回研究会
    • Place of Presentation
      兵庫県神戸市/理化学研究所計算科学研究機構(at8/12)
    • Year and Date
      20110811-20110812
  • [Presentation] Enhancement of soft protein dynamics and efficient free energy calculation by molecular dynamics simulation2011

    • Author(s)
      Akio Kitao
    • Organizer
      Telluride Science Research Center Workshop on Protein Dynamics
    • Place of Presentation
      USA/CO/Telluride(招待講演)(at8/1)
    • Year and Date
      20110801-20110805
  • [Presentation] 高圧下におけるαアクチン構造安定性の理論的解析2011

    • Author(s)
      若井信彦, 竹村和浩, 森田貴己, 北尾彰朗
    • Organizer
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      大阪府吹田市/ホテル阪急エキスポパーク(at6/7)
    • Year and Date
      20110607-20110609
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      西原泰孝, 北尾彰朗
    • Organizer
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      大阪府吹田市/ホテル阪急エキスポパーク(at6/8)
    • Year and Date
      20110607-20110609
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      竹村和浩, Hao Guo, 桜庭俊, 松林伸幸, 北尾彰朗
    • Organizer
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      大阪府吹田市/ホテル阪急エキスポパーク(at6/8)
    • Year and Date
      20110607-20110609
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      原田隆平, 北尾彰朗
    • Organizer
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      大阪府吹田市/ホテル阪急エキスポパーク(at6/8)
    • Year and Date
      20110607-20110609
  • [Remarks]

    • URL

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

URL: 

Published: 2013-06-26  

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