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分子動力学シミュレーション・機械学習を組み合わせた新型コロナウイルス進化予測

结合分子动力学模拟和机器学习预测新冠病毒的进化

基本信息

批准号：
22H00553
负责人：
亀田倫史
金额：
$ 27.04万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

新型コロナウイルスが進化することで、ヒト細胞表面に存在する受容体蛋白質及び糖鎖への結合を強める可能性を研究するために、蛋白質複合体間の結合力を高速に見積もる手法を開発した。具体的には、蛋白質・蛋白質間または蛋白質・化合物間に外力を加えた系の分子動力学シミュレーションを実施し、その解離時間から結合力を見積もる手法を開発した。本手法を異なる3複合体に適用し、高速かつ高精度に結合力を見積もることができることを確認した。本手法について、論文を投稿し受理された。並行して、様々な物質に対する新型コロナウイルス由来蛋白質の結合能をin vitroで測定する系を構築した。まず、新型コロナウイルス由来蛋白質を昆虫細胞系で発現させる発言システムを構築した。次に、得られたコロナウイルス由来蛋白質と蛋白質・糖鎖との結合力を等温滴定カロリメトリー（ITC）で測定する実験系を構築した。構築した測定系を用いて、新型コロナウイルス由来スパイク蛋白質（S1タンパク質）とヒト受容体蛋白質（ACE2）複合体に適用し、既報の測定値と同等の測定値を得ることができた。さらに並行して、進化した新型コロナウイルスの感染能を、培養細胞を用いて測定する系の構築も行った。具体的には、レンチウイルスまたはレトロウイルスをベースとしたシュードウイルス上に新型コロナウイルス由来スパイク蛋白質（S1,2））を293T細胞で増殖させた後に、Vero細胞に感染させ、感染能を測定する系を構築した。本系を用いて、天然型（武漢型）及び様々な変異体（アルファ、オミクロン株由来など）を組み込んだシュードウイルスの感染能を測定し、既報のデータを再現することに成功した。

A new type of protein complex has been developed for the study of the possibility of binding between receptor proteins and glycoproteins existing on the surface of cells. Specific protein/protein interaction, protein/compound interaction, molecular dynamics interaction, dissociation time, binding force, etc. This technique is suitable for high speed, high precision and high binding force. This method is used to submit papers. A new type of protein binding system was constructed for the determination of protein binding energy in vitro A new type of protein was developed in insect cell lines. In addition, the determination of protein binding capacity by isothermal titration (ITC) was carried out. Construction of a new type of protein (S1 protein) and receptor protein (ACE2) complex for use in the assay system. In the meantime, we have evolved new types of cell culture, and we have been able to measure the infection rate and construct new cell culture systems. Specifically, a new type of protein (S1,2) was constructed for 293T cell proliferation, Vero cell infection, and infectivity assay. The infection ability of this system was successfully determined by combining the natural type (Wuhan type) and the variant type (Guangzhou type).