水素結合の方向性を厳密に取り扱った高信頼度な蛋白質分子力場の開発
【研究キーワード】
蛋白質 / 構造アンサンブル / 分子力場 / 分子動力学シミュレーション / 蛋白質分子力場 / 水素結合
【研究成果の概要】
本研究課題は、申請者が開発してきた多点電荷原子モデルを導入した分子力場を電荷分布と共有結合項の両方に関して最適化を行うことで、水素結合を正しく取り扱い、かつ生体分子構造に関する実験データを再現できる分子力場を開発することを目的としている。分子力場を検証できる実験データとして最適なものは、蛋白質の構造アンサンブルに関する情報を与えてくれるものである。そのような実験手法としては溶液X戦散乱(SAXS)やNMRがあるが、それらが与える構造アンサンブルの情報は低分解能もしくは部分的といった特徴がある。そのため、分子力場を用いた分子動力学(MD)シミュレーションと実験データを比較する際には、情報科学的手法を用いて両者を連携させ、構造アンサンブルの正しい情報を与える手法が必要である。
本年度は、ベイズ統計を用いた実験と計算の統合手法を開発し、実験情報を再現できる構造アンサンブルをMDシミュレーションの結果から得られることを可能にした。本手法では、MD計算によって得られた構造アンサンブルモデルが実験データを説明できる確率(尤度)を定義し、その尤度を最小化する定式化から得られる自己無撞着方程式を解くことで、実験データを再現できる構造アンサンブルをMDシミュレーションの結果から得られることを可能にする。SAXSとMDの連携に適用し、アデニン酸キナーゼやトランスフェリンといったマルチドメイン蛋白質の構造アンサンブルを可視化できるか、モデル計算を用いて検証した。さらに実際の実験SAXSデータを用いて、構造アンサンブルが得られることも示した。
【研究代表者】
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31
【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)