Development of force field considering hydrogen-bond directionality

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本研究課題は、研究代表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。そこで、本年度は昨年度に続き、ベイズ統計の枠組みを用いて、実験SAXSデータを再現するようにMD構造アンサンブルを最適化する手法を開発している（ベイズ・アンサンブル最適化法）。本年度は、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を用いてアンサンブル最適化の検証シミュレーションを行い、上記のベイズ・アンサンブル最適化法の有効性を確認することができた。さらに、実際の実験データへの適用例として、さらにグルコサミンキナーゼの実験SAXSデータにベイズ・アンサンブル最適化法を適用し、基質結合によって引き起こされる構造アンサンブルの変化を調べた。その結果、グルコサミンキナーゼは基質非結合状態ですでに結合によって引き起こされる構造変化を行っていることが明らかになった。