| 英文名 | Protein structure prediction | |
|---|---|---|
| 科目概要 | データサイエンス学科３年後期、３群科目、選択、講義、2単位 | |
| 科目責任者 | 河野 信 | |
| 担当者 | (※は実務経験のある教員) 河野 信、 飯田 慎仁※、 牧垣 秀一朗 | |
| 講義室 | ||
タンパク質の立体構造を解明することは、創薬などにつながるため大変重要である。実験的に立体構造を決めることが理想であるが、これには多大なコストと時間がかかる。そこで、この講義ではコンピュータ上で立体構造を予測するための手法について学ぶ。
実験的にタンパク質の立体構造を決定する手法から、ab initio 法、ホモロジーモデリング、機械学習を用いた予測手法について講義する。
パワーポイントや板書により講義を行う。また適宜課題を提出し、その解答を示すことにより知識の定着を図る。
課題に関する模範解答を作成し、受講者全員に配布する。また、講義に関する質問はメールや対面で対応するとともに、重要な質問に対しては受講者全員で共有する。
DP4
| 回 | 項目 | 内容 | 担当者 | 日時 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | タンパク質構造の基礎 | アミノ酸の性質、タンパク質の階層構造（一次構造、二次構造、三次構造、四次構造）について講義する。 | 河野 信 | 9/10② |
| 2 | タンパク質構造の物理化学 | 共有結合、非共有結合、ファンデルワールス力、静電相互作用、水素結合、疎水性相互作用について講義する。 | 河野 信 | 9/17② |
| 3 | 立体構造決定法1 | X線結晶構造解析の方法について講義する。 | 河野 信 | 9/24② |
| 4 | 立体構造決定法2 | NMR、クライオ電子顕微鏡法による構造決定法について講義する。 | 河野 信 | 10/1② |
| 5 | 立体構造の表示 | PyMOLで立体構造をPC上に表示する方法について講義する。また、空間充填モデル、ワイヤーフレームモデル、ボール＆スティックモデル、リボンモデルなど、さまざまな表示方法について講義する。 | 飯田 慎仁 | 10/8② |
| 6 | 立体構造データベース | 代表的な立体構造のデータベースwwPDB, SCOP, CATHについて講義する。 | 飯田 慎仁 | 10/15② |
| 7 | 立体構造からの特徴抽出 | ラマチャンドラン・プロット、結合ポケット、静電ポテンシャル等について講義する。 | 飯田 慎仁 | 10/22② |
| 8 | 立体構造の比較 | 立体構造同士を比較するための大域的構造比較、局所的構造比較、またRMSD (Root Mean Square Deviation)について講義する。 | 飯田 慎仁 | 10/29② |
| 9 | 二次構造予測 | 二次構造を予測するための方法、Chou-Fasman、膜貫通部位予測等について講義する。 | 飯田 慎仁 | 11/12② |
| 10 | 三次構造予測1 | 三次構造を予測する方法の一つであるホモロジーモデリングについて講義する。 | 牧垣 秀一朗 | 11/19② |
| 11 | 三次構造予測2 | 三次構造を予測する方法の一つであるフォールド認識法について講義する。 | 牧垣 秀一朗 | 11/26② |
| 12 | 三次構造予測3 | 三次構造を予測する方法の一つであるフラグメントアセンブリ法について講義する。 | 牧垣 秀一朗 | 12/3② |
| 13 | 三次構造予測4 | 立体構造を利用したバーチャルスクリーニング、SBDD (Structure-Based Drug Design)について講義する。 | 牧垣 秀一朗 | 12/10② |
| 14 | 三次構造予測5 | 三次構造を予測する方法の一つであるab initio法や分子動力学法による構造計算について講義する。 | 飯田 慎仁 | 12/17② |
| 15 | 深層学習を利用した構造予測 | 深層学習を利用した構造予測プログラムAlphaFold2について講義する。 | 河野 信 | 12/24② |
タンパク質立体構造予測の各手法の原理を理解し、それらが実行できるようになる。
講義内の課題（40%）と期末レポート（60%）の結果から総合的に評価する。
【講義時間外に必要な学修時間：60時間】
予習：講義中に事前に指定する講義内容のプリントを読み、疑問点を明らかにしておくこと。
復習：講義中に出題する課題について解答を作成し、講義後に配布する模範解答と比較・検討する。
【科目ナンバリング：FU301-FM03】
【関連科目：生命科学データ測定技術、物質科学】
（飯田）国立研究所における蛋白質の立体構造に関する研究の経験を踏まえ、立体構造予測に関する解説を行う。
| 種別 | 書名 | 著者・編者 | 発行所 |
|---|---|---|---|
| 教科書 | なし | ||
| 参考書 | タンパク質の立体構造入門――基礎から構造バイオインフォマティクスへ | 藤 博幸 | 講談社 |
| 参考書 | タンパク質計算科学 ―基礎と創薬への応用― | 神谷成敏、肥後順一、福西快文、中村春木 | 共立出版 |
| 参考書 | 創薬研究のための相互作用解析パーフェクト〜低中分子・抗体創薬におけるスクリーニング戦略と実例、in silico解析、一歩進んだ分析技術まで | 津本浩平 (編集)、 前仲勝実 (編集) | 羊土社 |