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特集「生体分子の相互作用」

特集「生体分子の相互作用」

米谷佳晃

2015 年 17 巻 2 号 p. 71
発行日: 2015/04/30
公開日: 2016/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.17.71

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共溶媒溶液分子シミュレーションによるリガンド結合ポケット探索 ― Computational FBDD に向けて ―

小久保裕功, 横田彰宏, 岡部篤俊

2015 年 17 巻 2 号 p. 72-76
発行日: 2015/04/30
公開日: 2016/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.17.72

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タンパク質のポケットに安定に結合する小分子を特定することは，様々な生体分子反応の機構解明やドラッグデザインにとって極めて重要である．そこで我々は共溶媒中の分子シミュレーションを用いてリガンドの結合ポケットを探索する方法を開発した．本方法は4 つのステップからなる．最初に，20 %体積濃度の小分子と水から成る共溶媒溶液を準備する．二番目に，タンパク質を共溶媒溶液に浸し，平衡分子動力学計算を実施する．三番目に，シミュレーション結果を解析し，小分子が高濃度に存在した領域を特定する．最後に，主成分解析により小分子の結合モードを予測する．最初のテストとして，我々はProtein Data Bank から利用可能な5 つのタンパク質－リガンド複合体に対して手法を適用した．その結果，我々の方法で安定と予測された小分子の位置と向きは，実験的に安定と知られているリガンドの部分構造と一致していることが分かった．さらに，一つの系ではinduced-fit を必要とする隠れたポケットを精確に特定できた．

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分子ドッキング法を用いたリガンド結合構造予測と分子認識

齋藤大明

2015 年 17 巻 2 号 p. 77-82
発行日: 2015/04/30
公開日: 2016/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.17.77

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分子ドッキング法は計算コストも少なく，薬剤スクリーニングを効率化・迅速化させるための基盤技術として創薬の研究・開発に用いられている．本稿ではリガンド−タンパク質系を対象にしたドッキングシミュレーションの基本的な計算手法・適用例について解説し，ドッキングシミュレーションの計算精度や適用限界について言及し，今後の課題について考察する．

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自由エネルギー計算の理論: 創薬応用を実現する定量的予測への挑戦

山下雄史

2015 年 17 巻 2 号 p. 83-91
発行日: 2015/04/30
公開日: 2016/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.17.83

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医薬品開発を論理的・効率的におこなうためには, 医薬品候補と標的タンパク質の結合に伴う自由エネルギー変化の定量的予測が必須である. 従来法での不十分な精度を改善するため, 近年, 全原子分子動力学法を基盤とした様々な予測手法の創薬応用が試みられている. 本稿では, こうした予測手法を支える重要な理論を振り返りながら, タンパク質系における自由エネルギー予測の難しさの本質を議論する.

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アルケミカル自由エネルギー計算とIT創薬

谷田義明

2015 年 17 巻 2 号 p. 92-97
発行日: 2015/04/30
公開日: 2016/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.17.92

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計算物理・計算化学的手法に基づいたシミュレーションによる創薬を実現するためには，標的分子に対するリガンド分子の”結合ポーズ予測”と”結合自由エネルギー予測”が最も重要な課題である．この自由エネルギー計算の有力な方法として，非物理的径路の熱力学的サイクルに基づくアルケミカル変換法がある．本稿では，アルケミカル径路に沿った標準結合自由エネルギー計算法の概要を紹介し，メタダイナミクスによるリガンド分子の結合ポーズ予測と組み合わせた計算結果を報告する．

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3D-RISM 理論を用いた自由エネルギー計算法

宮田竜彦

2015 年 17 巻 2 号 p. 98-104
発行日: 2015/04/30
公開日: 2016/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.17.98

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溶液の熱力学的安定性を議論する際，最も重要な物理量のひとつは溶媒和自由エネルギーである．3D-RISM 理論は溶質分子周りの溶媒の分布関数を記述する統計力学理論のひとつであり，分布関数から溶媒和自由エネルギーを求めることができる．3D-RISM 理論の問題点のひとつは溶質の内部自由度凍結であるが，著者らはMD 法と組み合わせる方法でこの問題の解決を試みた．また，3D-RISM 理論は精度の問題も抱えている．溶媒和自由エネルギーの高精度化のためには，LJ 項の高精度化が重要であることが既往の研究から示唆されていたが，最近，著者らはLJ 項の高精度化の糸口を見つけた．この発見は，LJ 系においてブリッジ関数の満たすべき必要条件と解釈できるものである．

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エネルギー表示法を用いた蛋白質複合体モデルの評価

竹村和浩

2015 年 17 巻 2 号 p. 105-110
発行日: 2015/04/30
公開日: 2016/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.17.105

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エネルギー表示法を用いて，複合体モデル間の結合自由エネルギー差を評価し，最適な複合体モデルを選択する手法を開発した．幾つかの蛋白質－蛋白質複合体，蛋白質リガンド複合体に対して，複合体構造予測より生成した候補構造から結晶構造に近い構造を選び出すことに成功している．現在，クラスタリング等の手法と組み合わせて複合体構造予測へ用いる応用を検討している．

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DNA と蛋白質の相互作用と自由エネルギー計算

米谷佳晃

2015 年 17 巻 2 号 p. 111-115
発行日: 2015/04/30
公開日: 2016/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.17.111

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DNA に結合する蛋白質には，それぞれ固有の認識配列があり，細胞内に存在する膨大なDNA 塩基配列の中からその認識配列を見つけ出す．どのような過程を経て認識配列に到達するのであろうか．最近，我々は，ラックリプレッサー蛋白質がDNA から解離する過程の分子動力学シミュレーションを行い，その過程の構造変化と自由エネルギー変化を求めた．本稿では，この計算結果をもとに，DNA 塩基配列を探索中の蛋白質の様子について検証する．

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連載

拡張系MD 手法のアドバンスなレビューと最近の発展【3 回】－能勢の熱浴，能勢－Hoover 法（その２）－

森下徹也

2015 年 17 巻 2 号 p. 116-120
発行日: 2015/04/30
公開日: 2016/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.17.116

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体積や波動関数などを粒子の位置座標と同様に力学変数として扱う“拡張系のMD 手法”に関して，これまであまり触れられなかった点を中心に，最近の発展を交えながら解説する．

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博士論文紹介

圧縮性流体中の粒子の運動

辰巳怜

2015 年 17 巻 2 号 p. 121-127
発行日: 2015/04/30
公開日: 2016/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.17.121

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流体中の粒子運動には，粒子と流体の間の運動量交換が大きく影響する．流体中での運動量輸送には，粘性拡散と音波の二つのモードが存在するが，通常，非圧縮性流体の仮定の下で音波モードは顕わに考慮されることはなく，その粒子運動への影響は明確にされていない．本研究では，直接数値計算により圧縮性流体中の粒子運動を調べ，音波モードの影響を系統的に理解することを試みた．

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海外紹介

ダルムシュタット工科大学滞在記

杉井泰介

2015 年 17 巻 2 号 p. 128-131
発行日: 2015/04/30
公開日: 2016/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.17.128

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