研究開発

サブ課題A:ポスト京でのMD高度化とアルゴリズム深化

サブ課題Aの概要

創薬において、構造の柔軟性や溶媒との相互作用を考慮するために、分子動力学(MD)計算の活用が不可欠になってきています。また、生命科学において、様々な実験や計測結果を検証し解釈するためにもMD計算は重要な役割を果たしています。しかし、タンパク質と薬剤候補化合物の莫大な組み合わせ、薬剤によるタンパク質の機能制御を理解するための長時間(ミリ秒)の分子運動、リボゾームやウィルスなどの生体超分子複合体や細胞環境を考慮した巨大な系などをMD計算法を用いて計算するためには、現在の計算機上でのパフォーマンスは十分なものではありません。本サブ課題では、ポスト「京」開発主体とのコデザインを通してポスト「京」の演算能力を最大限に生かす事が可能なMDソフトウェアの開発と高度化を行います。さらに新規性の高いアルゴリズムを開発することで、医薬品開発を加速化し画期的新薬を創出する基盤を構築します。


サブ課題A責任者
杉田 有治
   

サブ課題Aの主な研究開発テーマ

1.ポスト「京」でのMD高度化
ポスト「京」の演算能力を最大限に生かす分子動力学アプリケーション「GENESIS」の開発と高度化を行います。新規性の高いアルゴリズムを開発し、医薬品開発を加速化し画期的新薬を創出する基盤を構築します。
・・・理化学研究所 生命システム研究センター 杉田 有治

2.拡張アンサンブル法
ポスト「京」を用いたタンパク質・薬剤複合体の高精度予測を目指します。レプリカ交換法などの拡張アンサンブル法に基づき、タンパク質自身の変化と基質結合の両方の効果を取り入れた拡張アンサンブル計算法の開発を行います。
・・・理化学研究所 生命システム研究センター 杉田 有治

3.長時間ダイナミクス法
多数の独立な分子動力学計算を組み合わせた生体分子システムの長時間ダイナミクスをシミュレーションする計算法の開発と従来法では到達することが難しい機能的長時間運動や薬剤結合効果を予測する手法の開発を行います。
・・・東京大学 分子細胞生物学研究 北尾 彰朗

4.ハイブリッド QM/MM 自由エネルギー法を用いた高精度な薬剤結合シミュレーション法の開発
生体分子に対する薬剤分子結合の解析のために、非経験的 QM/MM 自由エネルギー構造最適化法を拡張し、高精度な相互作用の記述と十分な分子熱揺らぎの考慮を両立した結合自由エネルギー計算手法の開発を行います。
・・・京都大学 大学院理学研究科 林 重彦

5.自由エネルギー計算法
結合自由エネルギー計算では、創薬における分子間結合能の効率的計算のため、計算精度・速度の両面からの性能向上が求められています。本研究では、分子動力学シミュレーションを基盤とした、結合自由エネルギー計算手法の開発を行います。
・・・横浜市立大学 生命医科学研究科 池口 満徳

6.粗視化モデリング
細胞核の分子シミュレーション研究を実現するために、蛋白質と核酸の相互作用、複合体形成を計算する粗視化シミュレーション技法を開発・整備し、それによって遺伝子発現制御機構の高次構造解明を目指します。
・・・京都大学 大学院理学研究科 高田 彰二


サブ課題Aの主な研究開発の内容と成果

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