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計算科学研究センター粒子系生物物理研究チーム

チームリーダー杉田有治（D.Sc.）

English Page

研究概要

タンパク質や核酸などの生体高分子に関する自由エネルギー計算は生命機能の理解に大きな貢献をもたらすと期待されています。例えば、タンパク質折れ畳みと安定性、レセプターと薬剤の相互作用、タンパク質―タンパク質／タンパク質―DNAの会合などを理解し、予測するためには精密に自由エネルギー変化を計算することが必要です。我々の研究チームは粗視化／全原子／電子状態(QM/MM)などの異なる解像度のモデルを連成したアルゴリズムを開発し、スーパーコンピュータ「富岳」に向けた最適化を行います。これによって生体高分子の広い構造空間の探索と活性中心などに関する精度の高い計算を両立し、自由エネルギー計算の精密化をはかります。開発したソフトウェアは、計算機を用いた創薬や分子設計を高い精度で行うための基盤技術として貢献できると考えています。

研究主分野

化学

研究関連分野

複合領域
数物系科学
総合生物

キーワード

分子動力学
タンパク質ダイナミクス
自由エネルギー計算
機械学習
並列化

主要論文

1.Yu, I., Mori, T., Ando, T., Harada, R., Jung, J., Sugita, Y., and Feig, M.:
"Biomolecular interactions modulate macromolecular structure and dynamics in atomistic model of a bacterial cytoplasm"
eLife, 5, e19274 (2016).
2.Jung, J., Naruse, A., Kobayashi, C., and Sugita, Y.:
"Graphics Processing Unit Acceleration and Parallelization of GENESIS for Large-Scale Molecular Dynamics Simulations"
J. Chem. Theory Comput. 12, 4947-4958 (2016).
3.Matsunaga, Y., Komuro, Y., Kobayashi, C., Jung, J., Mori, T., and Sugita, Y.;
"Dimensionality of Collective Variables for Describing Conformational Changes of a Multi-Domain Protein"
J. Phys. Chem. Lett. 7, 1446-1451 (2016).
4.Kobayashi, C., Matsunaga, Y., Koike R., Ota M., and Sugita Y.:
"Domain Motion Enhanced (DoME) Model for Efficient Conformational Sampling of Multidomain Proteins"
J. Phys. Chem. B 119, 14584-14593 (2015).
5.Jung J., Kobayashi C., Imamura T., and Sugita Y.:
"Parallel implementation of 3D FFT with volumetric decomposition schemes for efficient molecular dynamics simulations"
Comp. Phys. Comm 200, 57-65 (2015).
6.Fujisaki H., Moritsugu K., Matsunaga Y., Morishita T., and Maragliano L.:
"Extended phase-space methods for enhanced sampling in molecular simulations: a review"
Front. Bioeng. Biotechnol. (2015). doi: 10.3389/fbioe.2015.00125
7.Matsunaga Y., Kidera A., and Sugita Y.:
"Sequential data assimilation for single-molecule FRET photon-counting data"
J. Chem. Phys. 142, 214115 (2015).
8.Galvelis R., and Sugita Y.:
"Replica State Exchange Metadynamics for Improving the Convergence of Free Energy Estimates"
J. Comp. Chem. 36, 1446-1455 (2015).
9.Jung J., Mori T., Kobayashi C., Matsunaga Y., Yoda T., Feig M., and Sugita Y.:
"GENESIS: A hybrid-parallel and multi-scale molecular dynamics simulator with enhanced sampling algorithms for biomolecular and cellular simulations"
WIREs Comp. Mol. Sci. 5, 310-323 (2015).
10.Feig M., Harada R., Mori T., Yu I., Takahashi K., and Sugita Y.:
"Complete Atomistic Model of a Bacterial Cytoplasm for Integrating Physics Biochemistry, and Systems Biology"
J. Mol. Graph. Modeling 58, 1-9 (2015).