Mathematical modeling of mechanical transduction and interference between structured biomolecules

结构生物分子之间的机械传导和干扰的数学模型

• 批准号: 18KK0388
• 负责人: 冨樫 祐一
• 金额: $ 6.07万
• 依托单位: Ritsumeikan University (2021-2022)Hiroshima University (2018-2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019 至 2023
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18KK0388/
• 关键词: 生物物理学; 生体高分子; 分子複合体; 構造機能相関; 分子動力学; 反応拡散系; 数理モデル; シミュレーション

本研究では、旧来の反応拡散系研究では無視されていた分子構造あるいは形の問題に取り組み、形の変化する生体高分子の間での化学反応や情報伝達に対する理論を得ることを目的としている。新型コロナウイルス感染症の影響で渡航延期が続いたため、オンラインで連絡を取りつつ、日本側・英国側それぞれで、DNAの物性に関する数理モデル構築と分子動力学計算を用いた評価を進めてきた。本年度に入り再渡航が可能となったが、予定の大幅な再調整が必要となったため、まずは短期の渡航で、これまでの成果の論文執筆準備と今後の計画策定のための議論を集中的に行った。具体的には、周期境界条件下での高分子粗視化モデルの数理的考察を進めたほか、DNAの修飾による力学特性への影響などを分子動力学計算を用いて評価した。これらについて２報の論文を準備中である。加えて、日本側単独で研究を進めることが可能な関連項目として、前年度に引き続き、リボソーム内でのmRNA-tRNA間相互作用と翻訳開始機構との関係について分子動力学計算を用いた解析を進めた。特に、修飾塩基を含むmRNAとの相互作用を評価した。これについては、論文１報が出版され、新たに１報を準備中である。このテーマに関連する米国の実験グループを交えた３者間で、新たな国際共同研究プロジェクトの企画にも進展した。次回渡航（2023年4～5月）の際に、論文執筆と新たな数理モデルやシミュレーション手法の検討を進める予定である。

本研究的目的是解决传统反应扩散研究中被忽视的分子结构或形状问题，并获得改变形状的生物聚合物之间的化学反应和信息传递的理论。由于受新型冠状病毒感染的影响，旅行持续推迟，日英双方一直在网上沟通，利用构建DNA物理特性的数学模型和分子动力学计算进行评估。虽然今年可以再次出游，但是我的行程安排要做出较大的调整，所以我决定先去一次短途旅行，集中精力准备写一篇关于我过去的成就的论文，并讨论一下我去的未来的计划。具体来说，除了在数学上考虑周期性边界条件下的大分子粗粒度模型外，我们还使用分子动力学计算评估了 DNA 修饰对机械性能的影响。目前正在准备关于这些主题的两篇论文。此外，作为日方可以独立开展的相关课题，我们将从去年开始，利用分子动力学计算对核糖体内的mRNA-tRNA相互作用与翻译起始机制之间的关系进行分析。 。特别是，我们评估了与含有修饰碱基的 mRNA 的相互作用。关于该主题的一篇论文已经发表，另一篇论文目前正在准备中。三方在规划一项新的国际联合研究项目方面也取得了进展，其中包括一个与该主题相关的美国实验小组。在下一次旅行（2023 年 4 月至 5 月）期间，他计划写一篇论文并考虑新的数学模型和模拟方法。

项目成果

少数性問題と構造機能相関を再考する

重新思考少数群体问题和结构与功能的关系

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡田 雅規;藤井 雅史;冨樫 祐一;冨樫 祐一
• 通讯作者: 冨樫 祐一

計算生物学研究チーム（広島大学大学院統合生命科学研究科）

计算生物学研究组（广岛大学综合生命科学研究生院）

DNAのメチル化パターン依存的な構造動態の解析

DNA 甲基化模式依赖性结构动力学分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 亀田健;鈴木美穂;粟津暁紀;冨樫祐一
• 通讯作者: 冨樫祐一

生化学反応の数理～分子の状態・形・数

生化反应数学 - 分子的状态、形状和数量

• 发表时间: 2021
• 作者: 岡田 雅規;藤井 雅史;冨樫 祐一;冨樫 祐一;冨樫 祐一;冨樫 祐一
• 通讯作者: 冨樫 祐一

生化学反応の数理～分子の状態・形・数の問題

生化反应数学 - 分子的状态、形状和数量问题

• 发表时间: 2020
• 作者: 亀田健;鈴木美穂;二階堂愛;粟津暁紀;冨樫祐一;冨樫祐一
• 通讯作者: 冨樫祐一