Development of a molecular visualization system with virtual reality and haptic technologies

利用虚拟现实和触觉技术开发分子可视化系统

基本信息

批准号：
18K11520
负责人：
西羽美
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

生命科学研究においてタンパク質の立体構造の理解は不可欠であり、その可視化と直感的な操作は理解の手助けとなることが期待される。特に近年は構造予測手法が大きく発展し、可視化に利用可能な構造情報が一気に増加した。たとえば、2021年夏に公開されその後も拡張を続けてきたAlphaFold Structural Databaseは現在、UniProtに収められているほぼ全てのタンパク質に対しAlphaFold2による予測構造を提供している。さらに2022年末にはMetaによるESMFoldの予測構造データベース ESM Metagenomic Atlas や高速な構造予測器が公開され、多様なデータベースから直接構造情報を得て表示する機能が求められつつある。そこで本年度は昨年度に引き続き、これらの予測構造のVR空間内での可視化とその情報に基づく力覚表現に取り組んだ。特に、AlphaFold2およびESMFoldは残基ごとの信頼度スコアとしてpLDDTと呼ばれる値を出力し、これが天然変性領域に対応することが知られているため、この値を考慮した簡易な柔軟性の表現に取り組み実装を完了した。ただし、もう一つの信頼性指標である残基ペア間の相対配置の確かさを表すPAEを考慮した表現については、全てのペアの値をリアルタイムに扱うのは現実的でないため、ある程度の大きさを持った構造ドメインをPAEに基づいて同定し、それらのドメイン間の相対配置を表現するものとして取り込むことを検討した。

了解蛋白质的三维结构对于生命科学研究至关重要，其可视化和直观的操纵有望帮助他们理解。特别是，近年来，结构性预测方法已经显着发展，可视化的结构信息数量迅速增加。例如，Alphafold结构数据库于2021年夏季发布，此后一直在扩展，现在使用Alphafold2提供了几乎所有蛋白质中包含的蛋白质的预测结构。此外，在2022年底，将发布Meta的ESMFold的ESM元基因组预测结构数据库和高速结构预测因子，并且需要一个函数直接从各种数据库中获取和显示结构信息。因此，今年，在去年之后，我们继续努力可视化VR空间内的这些预测结构，并根据此信息表达其力感。特别是，Alphafold2和ESMFOLD输出一个称为PLDDT作为每个残基的可靠性得分的值，已知与本质上修改的区域相对应，因此我们已经努力表达简单的灵活性考虑到该值并完成实现。但是，对于另一个可靠性指标，认为PAE的表达式表达了残基对之间相对排列的准确性，实时处理所有对值是不现实的，因此我们研究了根据PAES识别具有一定尺寸的结构域并将其纳入这些域之间的相对布置。