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ライフサイエンスソリューション

医療・創薬支援システム構築・運用 独立行政法人 産業技術総合研究所 バイオメディシナル情報研究センターさま

タンパク質の動的構造モデリングサポート作業

産業技術総合研究所バイオメディシナル情報研究センター(以下、BIRC)さまの推し進めている「創薬加速に向けたタンパク質構造解析基盤技術開発」プロジェクトでは、独自のアルゴリズムを有する創薬支援ソフトウェア (myPresto)によりタンパク質の動的構造を捉え、これをin-silico薬物スクリーニングに活用し高効率に活性化合物候補を得ることを研究課題の一つとしています。

今回、日立ソリューションズがBIRCさまのパートナーとしてG protein-coupled receptor(以下、GPCR)および膜タンパク質に特化した分子動力学計算の系構築の自動化ツールの開発、動的構造の特性解析ツールの開発などの作業を担当した実績をご紹介いたします。

導入前の課題

タンパク質の動的構造モデリングには高度なプログラミング技術が必要。

タンパク質の分子動力学計算を行うためには、対象タンパク質に合わせた適切な系の構築および計算条件の設定が重要であり、計算を開始するまでに多くの労力が必要となるため種々のプログラムを連携させてこの過程を自動化する必要があるという課題がありました。また、得られたタンパク質の動的構造の解析については、必要とされる解析手法、着眼点に迅速に対応するために高度なプログラミング技術を要するといった課題がありました。上記2点の課題に対し、プログラミング技術を提供し、課題の解決をめざしました。

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導入時の取り組み

解析結果を検討しながらのプログラム調整に柔軟に対応。

研究解析用のプログラムという性質上、基本的な解析手法は決まっているものの、プログラム完成後の調整は必須であり、また、調整後の解析結果を見て、すぐに次の改善案を試してみたいという研究者のご要望もありました。そこで、そのようなご要望に対応するべく、プログラム調整時には連絡を密にし、プログラムの調整に柔軟に対応しました。

また、科学技術計算プログラムということで、通常ITベンダーではあまり取り扱わない、FORTRAN言語を用いたプログラム開発が求められましたが、その点についても対応を行いました。

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導入後の効果

タンパク質の動的構造モデリングと解析手順の自動化を実現。

以下の点について手順の自動化による作業の効率化を実現しました。成果物はGPCRの薬物スクリーニングに適用され、効果が実証されています。

  • ●分子動力学計算用のタンパク質系の構築
  • ●脂質二重膜を含む膜タンパク質系の構造ファイルの作成
  • ●分子動力学計算によるタンパク質構造サンプリング
  • ●GPCRに特化したマルチプルアライメント手法の開発

また、以下の点について、タンパク質の動的構造解析用プログラムの開発を行いました。

  • ●タンパク質の薬剤結合部位の構造特性の解析プログラム
  • ●アミノ酸溶媒露出表面積の計算プログラム

開発されたプログラムの一部は、当プロジェクトで開発され公開されている分子シミュレーションシステムmyPresto (http://presto.protein.osaka-u.ac.jp/myPresto4/) に組み込まれる予定です。

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今後の期待

主任研究員 福西 快文氏

日立ソリューションズには、他社製品の、他社との共同による改良・改造を行ってもらっています。日本のバイオ関連ソフトの協力的な発展にも引き続き尽力してもらいたいと考えています。(福西氏)

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プロフィール

独立行政法人 産業技術総合研究所 バイオメディシナル情報研究センターさま

■所在地 〒135-0064 東京都江東区青海2丁目3番26号
■創立 2008年(平成20年)4月

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