REST/REUS分子動力学法のパラメータ自動調整手法の開発

• Item type: SIG Technical Reports(1)
• 公開日: 2026-03-05
• タイトル / 言語: ja
• タイトル: REST/REUS分子動力学法のパラメータ自動調整手法の開発
• タイトル / 言語: en
• タイトル: Development of an Automatic Parameter Tuning Method for REST/REUS Molecular Dynamics
• 言語: jpn
• 資源タイプ / 資源タイプ識別子: http://purl.org/coar/resource_type/c_18gh
• 資源タイプ: technical report
• 著者所属: 東京科学大学情報理工学院情報工学系
• 著者所属: 東京科学大学情報理工学院情報工学系／東京科学大学中分子IT創薬研究推進体
• 著者所属: 東京科学大学情報理工学院情報工学系／東京科学大学中分子IT創薬研究推進体
• 著者所属: 東京科学大学情報理工学院情報工学系／東京科学大学中分子IT創薬研究推進体
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Department of Computer Science, School of Computing, Institute of Science Tokyo
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Department of Computer Science, School of Computing, Institute of Science Tokyo / Middle Molecule IT-based Drug Discovery Laboratory, Institute of Science Tokyo
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Department of Computer Science, School of Computing, Institute of Science Tokyo / Middle Molecule IT-based Drug Discovery Laboratory, Institute of Science Tokyo
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Department of Computer Science, School of Computing, Institute of Science Tokyo / Middle Molecule IT-based Drug Discovery Laboratory, Institute of Science Tokyo
• 著者名: 清水,正浩; 杉田,昌岳; 柳澤,渓甫; 秋山,泰
• 著者名(英): Masahiro Shimizu; Masatake Sugita; Keisuke Yanagisawa; Yutaka Akiyama
• 論文抄録 / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録 / 内容記述: 分子動力学（Molecular Dynamics, MD）シミュレーションは，複雑な分子の挙動を原子レベルを明らかにすることができる一方，高いエネルギー障壁によるサンプリング不足が生じやすい．この問題に対し，REST法とREUS法を組み合わせたREST/REUS法は有効であるが，レプリカ数や溶質温度集合T，拘束中心位置および拘束の強さの集合Uなど調整すべきパラメータが多く，手動調整は困難である．そこで本研究では，短時間のREST/REUS MDから得られるスナップショットのポテンシャルエネルギーとPMFに基づいて，隣接レプリカ間の交換確率が目標交換確率に近づくようNT, NU, T, Uを反復的に更新する自動調整手法を開発した．環状ペプチドB03，B08，B09の膜透過過程予測に適用した結果，production runにおける交換確率の平均絶対誤差はREST法においては平均1.98%pt，REUS法においては平均2.13%ptとなり，実用的精度で目標交換確率へ調整できた．
• 論文抄録(英) / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録(英) / 内容記述: Molecular dynamics (MD) simulations can elucidate the behavior of complex molecules at the atomic level; however, they are prone to insufficient sampling due to high energy barriers. To address this issue, the combined REST/REUS method, which integrates replica exchange with solute tempering (REST) and replica exchange umbrella sampling (REUS), is effective. Nevertheless, REST/REUS involves many parameters that must be tuned―such as the numbers of replicas, the solute temperature set T, and the set U of restraint center positions and force constants―making manual tuning difficult. In this study, we developed an automated tuning method that iteratively updates NT, NU, T, and U based on the potential energies and the potential of mean force (PMF) obtained from short REST/REUS MD simulations, so that the exchange probabilities between adjacent replicas approach a target exchange probability. When applied to predicting the membrane permeation processes of cyclic peptides B03, B08, and B09, the method achieved practical accuracy in tuning toward the target exchange probability: in the production run, the mean absolute error of the exchange probability was 1.98%pt on average for REST and 2.13%pt on average for REUS.
• 書誌レコードID / 収録物識別子タイプ: NCID
• 書誌レコードID / 収録物識別子: AA12055912
• 書誌情報: 研究報告バイオ情報学（BIO）; 巻 2026-BIO-84, 号 26, p. 1-8, 発行日 2026-03-05
• ISSN / 収録物識別子タイプ: ISSN
• ISSN / 収録物識別子: 2188-8590
• Notice: SIG Technical Reports are nonrefereed and hence may later appear in any journals, conferences, symposia, etc.
• 出版者 / 言語: ja
• 出版者: 情報処理学会