シアノバクテリア時計タンパク質振動子の出力分子機構の理論的解明

蓝藻时钟蛋白振荡器输出分子机制的理论阐明

• 批准号: 22K14652
• 负责人: 甲田 信一
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Institute for Molecular Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14652/
• 关键词: 体内時計; 概日リズム; シアノバクテリア; KaiB; 最小エネルギー経路; 反応モデル

本年度は二つの安定状態をつなぐ最小エネルギー経路を計算的に求める高効率なアルゴリズムを開発した。以下、その概要である。一般に自然科学における状態変化では、系はエネルギー的に安定な状態から不安定な状態を経て別の安定状態に移り変わる。その時系は極力エネルギーが低い状態を経由しようとする。これは我々が歩いて山を越える時にできるだけ標高の低い峠を通るようなものである。したがって極力エネルギーの低い状態を経る最小エネルギー経路を知ることは重要である。例えば本研究課題で着目しているシアノバクテリアの時計タンパク質KaiBは安定な二つの異なる折り畳み構造を持つが、そのふたつの安定状態がどのような経路で結ばれているかは未だよく理解されていない。さて計算的に最小エネルギー経路を求める手法はこれまで様々考案されてきたが、より計算量が少ないほうが望ましい。現在広く用いられている手法は系に働く力を修正し、その修正された力が経路上のすべての点でゼロになる経路を探すが、そのゼロ点探索はやや効率が悪い。そこで本研究では最小エネルギー経路探索を等価な最小化問題に書き換え、さらに先端的な最小化問題ソルバを適用した。結果としては、計算の安定性の向上（計算に失敗するケースが減少）および計算効率の顕著な上昇を果たした。この成果については学会（理論化学討論会）にて発表を行った。詳細は近日中に専門誌に投稿する。また今後は、今回開発した手法を用いてKaiBの構造変化などを詳しく調べる予定である。

今年，我们开发了一种高效的算法，该算法计算了连接两个稳定状态的最小能量路径。以下是对此的概述。通常，在自然科学中，系统从能量稳定的状态变为不稳定状态，再到另一个稳定状态。这次系统试图通过尽可能低的状态。这就像在山上走，尽可能低。因此，重要的是要了解通过最低能量状态的最小能量途径。例如，Kaib是一种蓝细菌手表蛋白，专注于该研究主题，具有两个稳定的折叠结构，但仍然不太了解两个稳定状态如何连接。现在，迄今为止已经设计了各种方法来计算找到最小能量路径，但是希望找到较少的计算量。现在，一种广泛使用的技术修改了作用在系统上的力，并搜索路径上所有点的修改力为零的路线，但是搜索零点的效率有些低。因此，在这项研究中，我们重写了对等效最小化问题的最小能量路径的搜索，此外，我们应用了最小化的问题解决者。结果是提高了计算稳定性（减少计算失败情况）和计算效率的显着提高。该结果在学术会议（理论化学讨论会议）上介绍。详细信息将很快发布在专业杂志上。将来，我们计划使用这次开发的方法来详细研究KAIB的结构变化。

项目成果

非線形計画問題汎用ソルバを用いた最小エネルギー経路探索

使用通用求解器进行非线性规划问题的最小能量路径搜索

• 发表时间: 2022
• 作者: 遠藤友随;板倉隆二;甲田信一，斉藤真司
• 通讯作者: 甲田信一，斉藤真司