Development of next-generation coarse-grained simulations towards analysis of cellular-scale assembly

开发用于分析细胞规模组装的下一代粗粒度模拟

• 批准号: 21H02441
• 负责人: 高田 彰二
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02441/
• 关键词: 粗視化シミュレーションクロマチン; GPU計算; CafeMol; 粗視化シミュレーション; クロマチン

本研究課題は、次世代粗視化シミュレーション法を開発し、それを適用して細胞内構造体の分子構造・動態・相互作用解析を行う。具体的にまず、(A) 分子間の弱い非特異的相互作用を表現できる次世代粗視化エネルギー関数を開発する。構造データベース・全原子MDデータからのベイズ統計・機械学習によって最適化する。次に、(B) GPU計算に対応するためにソフトウエアを再構築する。今日、高性能GPUを用いたシミュレーションが普及しており、桁違いの高速化を示す場合が多い。CafeMolをGPU対応のopenMMライブラリを用いて再構築する。さらに、(C) 開発中の次世代粗視化シミュレーション法を、細胞内構造体の計算に適用する。(A) 液液相分離等をシミュレーションするために開発されてきたHydrophobic scale (HPS)モデルの実装とそのパラメータチューニング・検証を行った。Nanog, Oct4の液液相分離について検証のためのシミュレーションを行い、液液相分離を起こす臨界濃度について、既存のin vitro実験と整合する結果を得ることに成功した。(B)タンパク質の粗視化モデルとして我々が開発・利用してきたAICG2+モデルをOpenMMで実装し、正しく計算できることを確認した。計算速度用について今度検証する。(C)哺乳類胚性幹細胞におけるマスター転写因子Nanogが、液液相分離のなかでミセル状の内部構造を形成することを見出した。液液相分離の凝集相における内部分子構造の発見は新規性が高い。今後、さまざまな転写因子および核酸の混合系における液液相分離と凝集相の内部構造に迫る。

This research topic は, next generation coarse visualization シ ミ ュ レ ー シ ョ ン method を open 発 し, そ れ を applicable し て constructs in the cell の molecular structure, dynamic, interaction う を line. Specific に ま ず, (A) molecular weak の い nonspecific interaction between を performance で き る nextgen coarse visualization エ ネ ル ギ ー masato number を open 発 す る. Tectonic デ ー タ ベ ー ス all atoms, MD デ ー タ か ら の ベ イ ズ statistics, machine learning に よ っ て optimization す る. Then に, (B) GPU computation に reconstructs 応するためにソフトウエアを. Today, the high performance gpus を with い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン が popularization し て お り, girder violations い が い more high speed の を shown す occasions. CafeMolをGPU reconstructs する for 応 <s:1> openMMラ ブラリを ブラリを with て て. Youdaoplaceholder0, (C) in the development process, the <s:1> next-generation coarse-visualization シ シ ュレ ュレ ショ ショ <s:1> method を and intracellular structure <s:1> calculation に are applicable to する. (A) liquid liquid phase separation and を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン す る た め に open 発 さ れ て き た Hydrophobic scale (HPS) モ デ ル の be loaded と そ の パ ラ メ ー タ チ ュ ー ニ ン グ, line card 検 を っ た. Nanog and Oct4 の liquid liquid phase separation に つ い て 検 card の た め の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line い, liquid liquid phase separation を こ す critical concentration に つ い て, existing の in vitro be 験 と integration す る results る を こ と に successful し た. (B) タ ン パ ク qualitative の coarse visualization モ デ ル と し て I 々 が 発 open, use し て き た AICG2 + モ デ ル を OpenMM で be shipped し, are し く computing で き る こ と を confirm し た. To calculate the speed, use に, に, て, て to prove する. (C) mammalian embryonic stem cells に お け る マ ス タ ー planning write factor Nanog が, liquid liquid phase separation の な か で ミ セ ル を の internal structure form す る こ と を show the し た. The internal molecular structure of the <s:1> agglomerated phase における in liquid-liquid phase separation shows a <s:1> new regularity が and a high <e:1>. In the future, さまざまな転 write the factor および nucleic acid <s:1> mixed system における liquid-liquid phase separation と agglutinate phase <e:1> internal structure に force る.

项目成果

Mesoscopic simulation of glutamate receptor and PSD-95 in postsynaptic density

突触后密度中谷氨酸受体和 PSD-95 的介观模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Risa Yamada;Shoji Takada
• 通讯作者: Shoji Takada

転写開始複合体における TFIIH による DNA 開裂過程の分子シミュレーション研究

转录起始复合物中TFIIH DNA裂解过程的分子模拟研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 篠 元輝;高田 彰二
• 通讯作者: 高田 彰二

メゾスコピックシミュレーションによるシナプス後肥厚タンパク質 PSD95 と TARP の液液相分離

介观模拟突触后增厚蛋白 PSD95 和 TARP 的液-液相分离

• 发表时间: 2022
• 作者: 山田 莉彩;高田 彰二
• 通讯作者: 高田 彰二

Coarse-grained and all-atom molecular simulations for transcription factor Nanog

转录因子 Nanog 的粗粒度和全原子分子模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Azuki Mizutani;Cheng Tan;Yuji Sugita;Shoji Takada
• 通讯作者: Shoji Takada

Coarse-grained MD simulations of an elongation process of yeast RNA Pol2 moving toward a nucleosome

酵母 RNA Pol2 向核小体延伸过程的粗粒度 MD 模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Takafumi Yamauchi;Genki Shino;Shoji Takada
• 通讯作者: Shoji Takada