計画研究

クロススケール細胞内分子構造動態の実験データ融合モデリング

計画研究の概要

本領域の推進する「クロススケール細胞計測センター」の中で、我々のグループは、特に、技術面で、様々な計測と融合した計算科学に基づくモデリングとシミュレーションの開発を担当する。タンパク質、核酸、その複合体などの生体分子から多くの生体分子によって構成されるメゾ複雑体までを計算科学で扱うためには、通常用いられる全原子モデルだけでなく、アミノ酸や塩基粒度の粗視化モデル、分子粒度の粗視化モデルなどを組み合わせたクロススケール分子モデルが必要である。この分子モデルを用いてメゾ複雑体を構築するモデリング技術と、「富岳」などの最先端計算リソースを効率的に活用できるシミュレーション技術を開発する。そのために、我々が開発してきたモデリングツール(CSSB: Cellular-Scale Simulation Builder)と分子動力学ソフトウェア(GENESIS: Generalized-Ensemble Simulation System)をさらに高度化・高機能化した後、フリーソフトウェアとして公開する。「クロススケール細胞計測センター」において、様々な技術などと融合したクロススケール分子モデルを用いたシミュレーション技術を開発する。我々のグループ自身も本研究領域の実験グループと共同研究を行うとともに、開発した技術を公募班にも提供する。これにより、計測と計算を融合した新しいモデリングとシミュレーション技術を広く普及させ、生体分子システムにおける様々なメゾ複雑体の構造動態と機能が理解できるようになることが期待される。

主な研究業績

1. Chigusa Kobayashi, Yasuhiro Matsunaga, Jaewoon Jung.
   Structural and energetic analysis of metastable intermediate States in the E1P-E2P transition of Ca2+-ATPase. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 117, e2105507118 (2021).
2. Kento Kasahara, Suyong Re, Grzegorz Nawrocki, Hiraku Oshima, Chiemi Mishima-Tsumagari, Yukako Miyata-Yabuki, Mutsuko Kukimoto-Niino, Isseki Yu, Mikako Shirouzu, Michael Feig, Yuji Sugita.
   Reduced Efficacy of a Src Kinase Inhibitor in Crowded Protein Solution. Nature Communications 12, 1-8 (2021).
3. Suyong Re, Hiraku Oshima, Kento Kasahara, Motoshi Kamiya, Yuji Sugita.
   Encounter complexes and hidden poses of kinase-inhibitor binding on the free-energy landscape, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 116, 18404-18409 (2019).