生体分子情報学研究室(国立研究開発法人産業技術総合研究所)

バイオインフォマティクスで生命科学の謎を解き明かす

教員

  • 教授:上野 豊

    教授:
    上野 豊

  • 教授:福井 一彦

    教授:
    福井 一彦

E-mail uenoyt [at] ni.aist.go.jp, k-fukui [at] aist.go.jp

研究室概要

タンパク質など生体分子の機能とそのメカニズムを探るための、バイオインフォマティクスの手法開発を進めています。大規模計算機を活用した網羅的な探索、さらに実験的データにある情報の欠損を補う解析法の開発など、情報工学的な手法で生命科学における知識発見を目指します。

実験的に機能が解析された分子の立体構造から仕組みを理解するために、分子力場によるシミュレーションが必要です。標的分子の機能を探るため、各種分子生物学的データベースにある関連情報を活用します。情報科学によって実験データにある情報をより深く捕らえる手法を研究します。

タンパク質の相互作用シミュレーション

タンパク質同士または核酸や低分子との複合体における分子認識メカニズムを探るため、複合体の分子動力学および量子化学計算から相互作用を解析します。PDB立体構造データベースに見られる相互作用を網羅的に探索した相互作用の統計をもとに、標的分子とのドッキング予測を試みます。

タンパク質-タンパク質のドッキング予測計算の例

図:タンパク質-タンパク質のドッキング予測計算の例

筋収縮を制御するトロポニン・トロポミオシンの相互作用

図:筋収縮を制御するトロポニン・トロポミオシンの相互作用

情報統合基盤の開発

実測されたデータをより効率的に解析するため、解析要素技術を柔軟に組み合わせ可能とするプラットフォームを用いたワークフロー解析基盤を構築します。 また既存のデータベースと連携し動作可能とするためセマンティツク技術を用いたデータ連携に取り組んでいます。

電子顕微鏡単粒子画像からの構造解析

タンパク質複合体の電子顕微鏡画像を解析するため、加算平均でノイズ除去する粒子像をクラスタリングするアルゴリズムを改良して解析の信頼性を上げたり、不完全な実験データからの解析を試みます。

分子構造モデリングスクリプトの開発

動作しているタンパク質の構造情報を捉えた各種実験データに合う立体構造のモデルを構築し、動作メカニズムを検証します。捉えた構造変化は、タンパク質分子アニメーションで可視化します。これらを効率的に表現できるスクリプト言語の開発と実用化を進めます。

研究環境

本研究室は、平成12年より継続する国立研究開発法人産業技術総合研究所・生命情報科学研究センター(CBRC)との連携活動を中心に展開してきました。東京大学、早稲田大学の連携研究室も併設され、国内外の研究者によるセミナーや生命情報工学の人材養成コースの講義など、センター内外の研究者との交流の場面があります。また、関西地区にある産業技術総合研究所の研究施設に週1日訪問して研究を進めるテーマも可能です。

(研究設備の例)

  • PCクラスタ(Xeon 88node, storage 260TB, Flex-10/10Gb Ethernet)
  • AIST Super Green Cloud