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Multi-scale molecular dynamics simulation on biomolecular dynamics in crowded cellular environments

拥挤细胞环境中生物分子动力学的多尺度分子动力学模拟

基本信息

批准号：
19H05645
负责人：
杉田有治
金额：
$ 126.8万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-06-26 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

細胞内分子混雑環境における蛋白質の動的構造と機能に関する計算と実験による共同研究を行い、新たな計算科学ツールとしてのマルチスケール分子動力学法を確立することがこの研究課題の目的である。昨年度までに開発した粗視化・全原子・QM/MMモデルに基づくMD計算手法を分子動力学ソフトウェアGENESISに導入し、「富岳」にも最適化されたGENESIS Version 2.0をフリーソフトウェアとして一般に公開した。特に粗視化MDについては、GENESIS_CG_Toolsを用いて、蛋白質や核酸が含まれる複雑な分子系のモデリングとMDの入力ファイル作成も可能となっているため、細胞内分子混雑環境や液液相分離に関する計算科学を行うための重要なツールとなりうる。さらに、実験データとMD計算を組み合わせるMELD法をGENESISに導入し、NMR実験によって得られた距離情報を満たす蛋白質構造を得ることができるようになってきた。また、QM/MMモデルを用いたMD計算の時間軸を伸ばすために、機械学習ポテンシャルの導入も検討し、予備的なプログラム開発を行った。応用研究としては、Grb2の溶液中の構造について大きな進展があった。NMR実験データに関するmulti-state構造計算法と主鎖15N核の緩和解析から，全長蛋白質においてcSH3ドメインのみがフレキシブルに挙動している描像を得た。この動的構造は、MELD法を用いて行ったMD計算の一部の結果とよく一致していた。また、Grb2二量体構造やDrk、Grb2の液液相分離実験、Drk/Sos/Dosなどの相互作用による生物活性発現メカニズムの考察も行った。もう一つの応用課題であるTRPSについてもαサブユニットへのIGP結合が、β反応に及ぼす影響を分子動力学計算とQM/MM解析によって解析し、２本の論文としてまとめることができた。

Intracellular molecules mix 雑 environment における protein の dynamic function of tectonic とに masato する computing と be 験による will study new たをい, なツ computational science ールとしてのマルチスケール molecular dynamics method を establish することがこの research topic の purpose である. Yesterday's annual までに open 発した coarse visualization, all atoms, QM/MM モデルに base づく MD method を molecular dynamics ソフトウェア GENESIS に import し, "fu yue" にも optimization された GENESIS Version 2.0 をフリーソフトウェアとして in general にし publicly た. Special に coarse visualization MD については, GENESIS_CG_Tools を with いてやが nucleic acid, protein contains まれる complex 雑な molecules is のモデリングと MD のフ into force ァイル made も may となっているため, intracellular molecules mix 雑 environment や liquid liquid phase separation に masato するを line computational science うための important なツールとなりう Youdaoplaceholder0. さらに, be 験データと MD calculated を group み close わせる MELD method を GENESIS に import し, NMR be 験によって have られた distance intelligence を against たす protein structure を must ることができるようになってきた. また, QM/MM モデルを with いた MD calculated の timeline を stretch ばすために, mechanical learning ポテンシャルの import も beg し検, reserve なプログラム open 発を line った. Youdaoplaceholder0 has made significant progress in the study of とててがあった and the construction of <s:1> in Grb2 <s:1> solution に応てて large なながあった. NMR be 験データに masato すると calculation method of multi - the state construction master lock 15 n nuclear の moderate resolution から, full length protein において cSH3 ドメインのみがフレキシブルに挙 dynamic している as たを around it. The construction of the <s:1> dynamic を, the MELD method を, the ったMD calculation by the をて line った, the results of <s:1> one part とよく are consistent, and the <s:1> てたたたたたたたたたたまた, Grb2 2 quantity body structure や Drk, Grb2 の liquid liquid phase separation be 験, Drk/Sos/Dos などの interaction による bioactive 発 now メカニズムの line inspection もった. もう a つの応 with subject である TRPS についても alpha サブユニットへの IGP inverse が, beta 応に and ぼす influence を molecular dynamics calculation と QM/MM analytic によって parsing し, 2 this の paper としてまとめることができた.