权益分类	功能权益	普通用户	{{item.name}}会员
{{category.name}}	{{benefitItem.name}}

分子動力学計算と機械学習を援用してタンパク質の構造変化を予測する

使用分子动力学计算和机器学习预测蛋白质结构变化

基本信息

批准号：
21K06094
负责人：
原田隆平
金额：
$ 2.66万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は, 機械学習（異常検知）を用いてタンパク質の構造変化を効率的に探索する計算手法の開発を目標とする. 手法開発にあたり, 開発を進めてきた長時間ダイナミクス抽出法（PaCS-MD: Paralllel Cascade Selection Molecular Dynamics)を異常検知型PaCS-MDへ拡張した. 初年度は, 異常検知型PaCS-MDをタンパク質単量体の比較的単純な構造変化（Open-Closed構造遷移など）に適用し, 通常のMDと比較して効率的に構造探索できることを示した. 次年度は, 本手法の適用範囲をさらに拡大し, 複数のタンパク質から成る多量体へ適用した. 具体的には, 多量体の解離過程を異常検知型PaCS-MDを適用することで抽出し, 解離過程の各段階に存在する中間状態（構造）の同定に成功した. しかしながら, 極めて異常度が高い分子構造を繰り返して構造探索してしまうと, タンパク質の変性度合いが急激に高まり, 構造妥当性が低い分子構造を生成してしまう可能性があることが判明した. この問題を回避するために, 異常度が高い分子構造に対して構造妥当性評価を同時に実施し,安全な構造探索を実現することに成功した. 拡張としては, 元々の異常検知型PaCS-MDでは分子内の残基間コンタクトに基づく距離行列を機械学習し, 異常度が高い分子構造を抽出して構造探索を繰り返していた. これに対して多量体では, 分子間の距離行列を定義して異常検知しながら構造探索を進めることで, 通常のMDでは抽出できない多量体の解離過程の抽出に成功した. 現在, 異常検知型PaCS-MDから同定された中間体構造の妥当性を実験研究者との共同研究により評価している段階にある.

The purpose of this study is to explore the application of mechanical learning (anomaly detection) to structural transformation efficiency. PaCS-MD (Paralllel Cascade Selection Molecular Dynamics) is an abnormal detection method. In the early years, the abnormal detection type PaCS-MD is applicable to the comparison of pure structure (Open-Closed Structure Migration), and the normal MD is applicable to the comparison of effective structure exploration. In the next year, the scope of application of this method has been greatly expanded, and the quality of multiple products has become more and more applicable. Specific, multi-volume dissociation process, abnormal detection type PaCS-MD, application, extraction, dissociation process, the existence of each stage of the intermediate state (structure) and determination of success. High molecular structure, low molecular structure, high structural appropriateness, high molecular structure, high molecular structure, high molecular This problem is avoided, and the high molecular structure is evaluated successfully. The molecular structure of the abnormal PaCS-MD is studied mechanically, and the molecular structure of the abnormal PaCS-MD is extracted. The distance between molecules is defined, and the structure exploration is carried out. The extraction of the molecular dissociation process is successful. At present, abnormal detection type PaCS-MD has been investigated by researchers and joint research on the appropriateness of intermediate structure.