■発表要旨
１．プロジェクトの目的
生体分子の機能発現メカニズムを、分子レベルで解析する計算手法及びプログラムの開発と、実際の分子系へ適応することによる有効性の実証を行うことを目的としている。そのための主たる理論的スキームは、分子動力学と密度汎関数法である。また、ゲノム配列と蛋白質配列の自己組織化地図を作成することにより、進化における生物種間の相関を明らかにする革新的な研究にも取り組んでいる。これらの課題を実現するために、以下に示す、６サブテーマを実施している。
- サブテーマ１：「密度汎関数法による超大型タンパク質の全電子計算」
佐藤文俊、東京大学生産技術研究所 - サブテーマ２：「蛋白質の高次構造変化のリアルなシミュレーション」
斎藤稔、弘前大学理工学部 - サブテーマ３：「第一原理からのタンパク質の折り畳みシミュレーション」
岡本祐幸、分子科学研究所 - サブテーマ４：「正常プリオンタンパク質から異常プリオンタンパク質への構造転移プロセスの解明に関する研究」
秋山泰、産業技術総合研究所生命情報科学研究センター - サブテーマ５：「分子動力学シミュレーションを用いた大規模生体超分子系の機能解析」
石田恒、日本原子力研究所計算科学技術推進センター - サブテーマ６：「全ゲノム配列と全タンパク質配列の自己組織化地図作成と進化シミュレーション」
池村淑道、国立遺伝学研究所進化遺伝研究部門
これらは、何れも先端的な研究課題であり、地球シミュレータでの計算により、生体の精妙な機能発現のメカニズムを解明する先駆けとなる成果が期待されている。
２．今年度当初の計画
先行しているサブテーマ１～３は、プログラムのチューニングなどの準備作業を終え、プロダクションランに、今年度から入っている。また、サブテーマ４と５は、２年目を迎え、本格的シミュレーションに向けて、順調に準備作業が進んでいる。サブテーマ６は、上記テーマと異なり、ニューラルネットワーク手法の応用という点において、地球シミュレータの活用に新しい道を開いている。それぞれのサブテーマの目的は、次のようになっている。サブテーマ１では、蛋白質の機能を電子論的考察から解明することを目的としており、プログラムの整備はほぼ完了した。これから実施するインスリン６量体の計算から、創薬に有効な情報が得られるものと期待している。サブテーマ２では、ヘモグロビンの酸素結合に伴う構造変化のプロセスを明らかにするため、分子動力学法による短時間と長時間のシミュレーションを順次行い、酸素結合部位近傍の速い構造変化と、高次構造のゆっくりした変化について考察することを目的としている。サブテーマ３では、蛋白質がどのようなメカニズムで固有の構造をとるのかという、生物物理の大きなテーマに対して解を与えるべく、５６アミノ酸基のab initioフォールディングシミュレーションを行っている。その結果、完全に伸びた構造を出発点として、自然の構造からの主鎖の根２乗平均距離で約６オングストロームまで接近できていることが、これまでのシミュレーションから判明した。サブテーマ４では、異常プリオンの生成機構を解明するためのシミュレーションを一部既に行っており、現在論文を準備中である。サブテーマ５では、数百万原子からなる巨大生体分子のシミュレーションを実現すべくプログラムの開発を行っており、その本格的な性能評価に入るところである。サブテーマ６では、自己組織化法というニューラルネットワークの手法を用い、ゲノム及び蛋白質の配列情報を広範に探索することで、生物種間の相関を明らかにするという、新しい研究分野を開拓している。
３．今年度得られた成果、および達成度
これらについては、各サブテーマリーダに報告をお願いしたので、それらの報告を以下に示す。