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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

チームプリンシパル杉田有治（D.Sc.）

English Page

研究概要

我々は、様々な細胞内環境における生体高分子の構造・ダイナミクス・機能の解明を目指した分子動力学シミュレーションを行います。細胞質は希薄溶液とは異なり、無数のタンパク質や核酸・代謝物で混雑した環境です。また生体膜には様々な脂質分子やコレステロール、膜タンパク質が含まれており、多くの生命現象のプラットフォームとして働いています。このような環境を含めた生体分子ダイナミクスを理解するために、我々は粗視化モデル・全原子モデル・QM/MMモデルを組み合わせたマルチスケールモデルを用いた分子動力学計算を可能にしました。さらに、効率の良い構造探索手法・自由エネルギー計算・データ駆動の分子動力学などを含むソフトウェアGENESISを開発し、「富岳」などを用いた大規模なシミュレーションを行い、細胞内環境における分子動態を研究しています。

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.Jung J., Tan C., and Sugita Y.:
"GENESIS CGDYN: large-scale coarse-grained MD simulation with dynamic load balancing for heterogeneous biomolecular systems"
Nature Comm. 15, 3370 (2024).
2.Jung J., Yagi K., Tan C., Oshima H., Mori T., Yu I., Matsunaga Y., Kobayashi C., Ito S., Ugarte La Torre D., and Sugita Y.:
"GENESIS 2.1: High-Performance Molecular Dynamics Software for Enhanced Sampling and Free-Energy Calculations for Atomistic, Coarse-Grained, and QM/MM models"
J. Phys. Chem. B 128, 6028-6048 (2024).
3.Ugarte La Torre D., Takada S., and Sugita, Y.:
"Extension of the iSoLF implicit-solvent coarse-grained model for multicomponent lipid bilayers"
J. Chem. Phys. 159, 075101 (2023).
4.Jung J., Kobayashi C., and Sugita Y.:
"Acceleration of generalized replica exchange with solute tempering simulations of large biological systems on massively parallel supercomputer"
J. Comp. Chem, 44, 1740-1749 (2023).
5.Mizutani A., Tan C., Sugita Y., and Takada S.:
"Micelle-like clusters in phase-separated Nanog condensates: A molecular simulation study"
PLoS Comp. Biol. 19, e1011321 (2023).
6.Matsunaga Y., Kamiya M., Oshima H., Jung J., Ito S., and Sugita Y.:
"Use of multistate Bennett acceptance ratio method for free-energy calculations from enhanced sampling and free-energy perturbation"
Biophys. Rev.14, 1-10 (2022).
7.Zhang Y., Kobayashi C., Cai X., Watanabe S., Tsutsumi A., Kikkawa M., Sugita Y., and Inaba K.:
"Multiple sub state structures of SERCA2b reveal conformational overlap at transition steps during the catalytic cycle"
Cell reports 41, 111760 (2022).
8.Kobayashi C., Matsunaga Y., Jung J., and Sugita Y.:
"Structural and energetic analysis of metastable intermediate states in the E1P–E2P transition of Ca2+-ATPase"
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 118, e2105507118 (2021).
9.Jung J., Kasahara K., Kobayashi C., Oshima H., Mori T., and Sugita Y.:
"Optimized Hydrogen Mass Repartitioning Scheme Combined with Accurate Temperature/Pressure Evaluations for Thermodynamic and Kinetic Properties of Biological Systems"
J. Chem. Theory Comput. 17, 5312-5321 (2021).
10.Mori T., Jung J., Kobayashi C., Dokainish H.M, Re, Yuji Sugita.:
"Elucidation of Interactions Regulating Conformational Stability and Dynamics of SARS-CoV-2 S-Protein"
Biophys. J. 120, 1060-1071 (2021).