計算分子設計研究グループ

当グループは、標的とする生体分子を制御するための分子を大規模計算機シミュレーションによって設計することを目標としています。近年X線構造解析やNMRにより、生体高分子の立体構造が次々と明らかになっています。また計測技術の発達によって、細胞内での分子の挙動も次第に観察できるようになってきました。しかし、立体構造が分子機能にどうつながるのかを予測するためには、原子スケールのモデルをもとにした長時間シミュレーションが必要になります。分子動力学計算や量子化学計算による分子シミュレーションを行うことで、生体高分子の機能の理解につなげます。センター内外との共同研究により、さまざまな標的分子に対して、培った手法を応用して新規化合物を設計します。また、分子動力学専用計算機を開発し、市販の計算機では不可能な長時間計算の実現を目指しています。

研究テーマ

• 生体高分子と制御分子および水和水の相互作用の、熱力学的、物理化学的特性の理解
• タンパク質／DNAと制御分子複合体の電子状態計算による触媒反応の解明
• 標的タンパク質に結合する新規ペプチド分子の設計
• 分子動力学専用計算機MDGRAPE-4の開発

主要論文

1. Nerukh D, Okimoto N, Suenaga A, Taiji M.:
   "Ligand Diffusion on Protein Surface Observed in Molecular Dynamics Simulation"
   J. Phys. Chem. Lett. 3.23, 3476-3479 (2012)
2. Höfinger S, Yamamoto E, Hirano Y, Zerbetto F, Narumi T, Yasuoka K, Yasui M.:
   "Structural features of aquaporin 4 supporting the formation of arrays and junctions in biomembranes"
   Biochimica et Biophysica Acta., 1818, 9, 2234-2243 (2012)
3. Yamamoto E, Akimoto T, Shimizu H, Hirano Y, Yasui M, Yasuoka K.:
   "Diffusive Nature of Xenon Anesthetic Changes Properties of a Lipid Bilayer: Molecular Dynamics Simulations"
   J. Phys. Chem. B., 116. 30, 8989-8995 (2012)
4. Otsuka T., Miyazaki T.:
   "A quantum chemistry study of Ds-Pa unnatural DNA base pair"
   Int. J. Quantum Chem., 113.4, 504-509 (2012)
5. Kondo X. H., Okimoto N., Morimoto G., Taiji M.:
   "Free-Energy Landscapes of Protein Domain Movements upon Ligand Binding"
   Journal of Physical Chemistry B, 115, 7629-6636 (2011)
6. Soda K., Shimbo Y., Seki Y., Taiji M.:
   "Structural characteristics of hydration sites in lysozyme"
   Biophys. Chem., 256, 31-42 (2011)
7. Seki Y., Shimbo Y., Nonaka T. Soda K.:
   "A New Efficient Method for Generating Conformations of Unfolded Proteins with Diverse Main-Chain Dihedral-Angle Distributions"
   J. Chem. Theory and Comput., 7, 2126-2136 (2011)
8. Harada M., Murakami H., Okawa A., Okimoto N., Hiraoka S., Nakahara T., Akasaka R., Shiraishi Y., Futatsugi N., Mizutani-Koseki Y., Kuroiwa A., Shirouzu M., Yokoyama S., Taiji M., Iseki S., Ornitz M. D., Koseki H.:
   "FGF9 monomer-dimer equilibrium regulates extracellular matrix affinity and tissue diffusion"
   Nature Genetics, 41:3, 289-298 (2009)
9. Narumi T., Ohno Y., Okimoto N., Koishi T., Suenaga A. Futatsugi N., Yanai R., Himeno R., Fujikawa S., Taiji M., Ikei M.:
   "A 55 TFLOPS Simulation of Amyloid-forming Peptides from Yeast Prion Sup35 with the Special-purpose Computer System MDGRAPE-3"
   in Proceedings of the SC06 (2006)
10. Taiji M., Narumi T., Ohno Y., Futatsugi N., Suenaga A., Takada N., Konagaya A.:
    "Protein explorer: A petaflops special-purpose computer system for molecular dynamics simulations"
    in Proceedings of the SC2003 (2003)

組織