木探索アプローチによるタンパク質立体配座解析と大規模並列計算機上での高速解析システムの構築

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本論文では, タンパク質の立体配座を解析する手法として, 回転可能なすべての共有結合を回転させ, それによって得られる立体配座異性体について実際に存在可能かを調べ上げる網羅的手法を提案する. タンパク質を構成する原子を, ある決められた半径を持つ硬い球とみなし, 各原子間の回転可能な共有結合を回転軸とみなすというモデル化を行った. そして, あらゆる回転軸を回転させて, 網羅的に配座異性体を生成するようにした. 得られた配座異性体が存在可能か否かの検査は, 当初, 各原子間の衝突の検出のみを考慮したが, この制約だけでは探索空間の効果的な枝刈りは行えず, アミノ酸2残基レベル以上の解析は不可能であった. そこで, 各原子間の衝突の検出に加え,特定原子間の距離制約や角度制約を指定できるようにした. 我々は, 本モデルを適用し, 医薬品の設計において重要なアミノ酸3〜8残基程度のペプチドの立体配座解析に適用可能なシステムを実装した. 本手法は, 物理学的手法におけるローカルミニマムへのトラップの問題がなく, 環境情報の同定も必要でないという利点があるので, 数残基程度のベプチドの精密解析が重要となる創薬分野において有用である. 実装したシステムを用いて, 例題としてオピオイドペプチドの立休配座解析を行った. その結果, 距離や角度の制約を組み合わせて使用することで, 医薬品の設計における実用的な問題が解析可能であることを示した. さらに, 本システムの並列版を用いて, 256プロセサの分散メモリ型並列計算機で並列に本探索した場合, 1プロセサでの実行時に比べ, 最高で200倍程度の高速化が達成され, 全体の処理速度を向上させることにも成功した. 本システムをより発展させていけば, 受容体-リガンド会合問題等の解析の強力な支援が可能となり, 医薬品開発期間の短縮やコストの低減につながることが期待される.
一般社団法人情報処理学会の論文
1999-02-15

木探索アプローチによるタンパク質立体配座解析と大規模並列計算機上での高速解析システムの構築

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