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  最終修正日

  2024/1/1

 

低分子理論有機化学研究 核内レセプター研究 構造バイオインフォマティクス研究 創薬化学研究

高性能、高機能タンパクモデリング機能解析システムHomology Modeling for HyperChem 史上最強計算化学環境Gaussian Interface for HyperChem 世界初完全自動インターラクティブONIOM法インターフェイス 世界初、化学第一原理のみに基づく究極の革新技術を搭載 完全GUIベース分子2D-3D変換プログラム 比類なき構造ベース創薬支援システム AutoDock Vinaインシリコスクリーニングインターフェイス 世界初、化学第一原理のみに基づく究極の革新技術 有機合成化学者のための論理的ドラッグデザイン MFDD インシリコ創薬受託サービス 受託計算サービス HyperChem取り扱い

構造バイオインフォマティクス

 

ab initio3Dモデリング

高精度二次構造予測アルゴリズムを搭載するab initio 立体構造予測モデリングツール検証結果

予測された3D構造は対応するタンパク結晶構造を高精度に再現した(下図の重ね合わせ結果参照)。未公開の機械学習機能による本アルゴリズムの特徴はループあるいはランダムコイル領域を極めて精度よく再現するところにある。そのため、二次構造部分(へリックスおよびシート)が適切な空間配置をとって全体構造を再現している(これまでに以下の3例のみ検証しただけであるが、すべてのケースで良好な結果となった。また、予測3D構造は構造最適化など一切適用していないため、さらなる構造の改善が期待される)。

 

予測3D構造と対応する結晶構造との重ね合わせ結果

 

タンパク二次構造予測

タンパク主鎖原子のφ、ψ値のみによる新規二次構造予測アルゴリズム

既知アルゴリズム(Chou-Fasmanやニューラルネットワークアルゴリズム等)と比較して非常に高い予測精度

 

新規二次構造予測アルゴリズムと既知アルゴリズムとの比較

新規二次構造予測アルゴリズムと既知アルゴリズムとの比較

 

2002年11月検証

 

独自開発高精度二次構造予測アルゴリズムおよびab initio 3Dモデリングアルゴリズムに基づくタンパク立体構造予測技術はHomology Moldeing Professional for HyperChemホモロジーモデリングプロフェッショナルモジュールプログラムに搭載されています。

巨大生体高分子システムモデリング

 

AlphaFold2 vs Homology Modeling Professional for HyperChem(HMHC)

下図は、アミノ酸配列が報告されてから20年以上もファミリーも含めて立体構造が不明なタンパク質についてHomology Modeling Professional for HyperChem(HMHC)とAlphaFold2で立体構造を予測した結果です。

HMHC(2005年公開)はAlphaFold2(2021年公開)より16年も前に公開していますが、膜貫通部分のアラインメントは一致しており、HMHCとAlphaFold2から得られたホモロジーモデルは熱力学的に複数のコンフォメーションを採用すると予測される膜外ループ構造が異なる程度でした。
本蛋白質は立体構造未知のため、どちらのホモロジーモデルが正解に近いかは現時点では不明ですが、HMHCはAlphaFold2と同様のモデルを提供できます。HMHCは側鎖ロータマーや生体高分子に含まれる結晶水や低分子までも高精度にモデリングできる点でアドバンテージがあります。加えて、HMHCではヘテロダイマーなどの高次構造や核酸との複合体モデルなども簡単にモデリングでき、量子化学計算プログラムGaussian(ONIOM計算)や分子動力学シミュレーションプログラムNAMDともシームレスに連携できます。AlphaFold2で主鎖構造を予測しておき、HMHCで側鎖立体配座や全体構造を精密化するといった方法論も有効と考えられます。

HMHC_vs_AlphaFold2

 

ホモロジーモデリングの概要はこちら。

Homology Modeling Professional for HyperChem(HMHC)についてはこちら

ホモロジーモデリングモジュールプログラムについてはこちら

HMHCを用いたホモロジーモデリングによる立体構造予測から立体構造精密化のチュートリアルはこちら。

 

 

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