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分子動力学計算に基づくノンコーディングRNAの立体構造予測

基于分子动力学计算的非编码RNA 3D结构预测

基本信息

批准号：
22KJ0421
负责人：
保田拓範
金额：
$ 1.6万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0421/
关键词：
ノンコーディングRNA 分子動力学計算 Enhanced Sampling法

项目摘要

本研究では、ノンコーディングRNA（ncRNA）の機能解明における構造的アプローチの確立を目的とする。ncRNAは、機能発現の際、固有の立体構造を形成するため、ncRNA の機能を解明する上でその立体構造を十分に探索することは急務である。しかし、ncRNA の機能解明における構造的アプローチは依然として発展途上である。そこで、本研究では、ncRNAの立体構造を効率的に探索する計算手法を開発する。さらに、開発したシステムを用いてncRNAとRNA結合タンパク質の結合様式を解明する。初年度は、準備段階として、ncRNAを始めとした生体分子の立体構造を効率的に探索する手法の開発を行った。生体分子の自由エネルギーは多自由度複雑系であるため, 地形上に多くの準安定状態が存在し, 起伏が激しい多峰性を示す。このため, 通常の分子動力学計算（MD）では十分な構造探索が達成されない場合が多い。解決策として、改良型のMDであるEnhanced-Sampling法（ES法）が提案されてきた。しかし、これらの手法は対象の生体分子に依存したパラメーターチューニングが必要という問題があり、ncRNAを始めとした幅広い生体分子への適用が可能な計算手法の開発が必要であった。そこで、結晶構造の精度評価に用いられてきた構造因子（G-factor）に着目し,外部バイアスを制御するアルゴリズム”G-factor-based external bias limiter”を提案した。G-factorは構造情報から算出されるため、生体分子の種類によらずに決定される。これにより、チューニングを必要とせず、の生体分子（タンパク質/核酸）へ依存度が低く、構造探索を効率化する手法の開発に成功した。構造探索効率の検証として、複数種類のタンパク質およびncRNAに開発手法を適用し、自動的に結晶構造周辺の準安定状態を探索できた。

The purpose of this study is to clarify the function of ncRNA and to establish its structure. ncRNA is an urgent task to understand the function of ncRNA and to explore its inherent three-dimensional structure. The functional interpretation of ncRNA is still on the way. In this study, we explored the computational method of ncRNA stereostructure efficiency. To clarify the binding pattern of ncRNA and RNA in the development process. In the early years, the development of ncRNA was carried out in order to explore the three-dimensional structure of biological molecules. The molecular freedom of living organisms is a complex system of multiple degrees of freedom, and there are many quasi-stable states in the terrain, and there are many peaks in the excitation. Molecular dynamics calculations (MD) are often used to explore structures. Solution: Improved MD method (ES method) The application of these techniques to biological molecules depends on the development of computational techniques. The accuracy evaluation of crystal structure is based on the G-factor, which is used to control the external bias. G-factor structure information is calculated and determined by the type of organism molecule. The development of molecular biology and molecular biology is successful. Structural exploration efficiency detection, application of multiple types of quality and ncRNA development methods, automatic exploration of quasi-stable state of crystalline structure perimeter