MARBLE

1. プログラム名

MARBLE

2. 開発責任者

池口満徳（横浜市立大学大学院生命医科学研究科准教授）

3. 主な開発者

池口満徳（横浜市立大学大学院生命医科学研究科准教授）

4. 内容

(1)概要

MARBLE（MoleculAR simulation program for BiomoLEcules）はタンパク質や核酸（DNA, RNA）をはじめとする生体高分子のシミュレーションを目的として開発された分子シミュレーションプログラムです。

(2)詳細

シンプレクティック部分剛体時間積分法を採用し、精度の高い全エネルギーの保存を実現しています。
長距離相互作用の計算に標準的なアルゴリズムであるPME（Particle Mesh Ewald）を装備しています。
並列化プログラミングであるOpenMP＋MPIのハイブリッド並列に対応し、系の空間分割による並列化を行います。

5. どんなことができるか

水溶性・膜タンパク質（水分子、膜分子などを含む）の分子動力学シミュレーション
MARBLEと大阪大学の松林先生が開発されたERmodを連携させて、溶媒和自由エネルギーの高速計算

6. 関係論文（MARBLEを使用した論文のうち一部）

[1] M. Ikeguchi: Partial rigid-body dynamics in NPT, NPAT and NPγT ensembles for proteins and membranes. J. Comput. Chem., 25, 529-541 (2004).

[2] M. Hashido, M. Ikeguchi, A. Kidera: Comparative simulations of aquaporin family: AQP1, AQPZ, AQP0 and GlpF. FEBS Lett., 579, 5549-5552 (2005).

[3] M. Ikeguchi, J. Ueno, M. Sato, A. Kidera: Protein structural change upon ligand binding: Linear response theory. Phys. Rev. Lett., 94, 078102 (4 pages) (2005).

[4] T. Oroguchi, M. Ikeguchi, M. Ota, K. Kuwajima, A. Kidera: Unfolding pathways of goat α-lactalbumin as revealed in multiple alignment of molecular dynamics trajectories. J. Mol. Biol., 371, 1354-1364 (2007).

[5] M. Hashido, A. Kidera, M. Ikeguchi: Water transport in aquaporins: osmotic permeability matrix analysis of molecular dynamics simulations. Biophys. J., 93, 373-385 (2007).

[6] T. Yamane, H. Okamura, M. Ikeguchi, Y. Nishimura, A. Kidera: Water-mediated interactions between DNA and PhoB DNA-binding/transactivation domain: NMR-restrained molecular dynamics in explicit water environment. Proteins, 71, 1970-1983 (2008).

[7] T. Oroguchi, H. Hashimoto, T. Shimizu, M. Sato, M. Ikeguchi: Intrinsic dynamics of restriction endonuclease EcoO109I studied by molecular dynamics simulations and x-ray scattering data analysis. Biophys. J., 96, 2808-2822 (2009).

[8] Y. Ito, M. Ikeguchi: Structural fluctuation and concerted motions in F₁-ATPase: a molecular dynamics study. J. Comput. Chem., 31, 2175-2185 (2010).

[9] T. Yamane, H. Okamura, Y. Nishimura, A. Kidera, M. Ikeguchi: Side-chain conformational changes of transcription factor PhoB upon DNA binding: a population-shift mechanism. J. Am. Chem. Soc., 132, 12653-12659 (2010).

[10] Y. Sugita, M. Ikeguchi, C. Toyoshima: Relationship between Ca²⁺-affinity and shielding of bulk water in the Ca²⁺-pump from molecular dynamics simulations. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107, 21465-21469 (2010).

[11] T. Oroguchi, M. Ikeguchi: Effects of ionic strength on SAXS data for proteins revealed by molecular dynamics simulations. J. Chem. Phys., 134, 025102 (14 pages) (2011).

[12] Y. Ito, T. Oroguchi, M. Ikeguchi: Mechanism of the conformational change of the F₁-ATPase β subunit revealed by free-energy simulations. J. Am. Chem. Soc., 133, 3372-3380 (2011).

[13] K. Nishikata, M. Ikeguchi, A. Kidera: Comparative simulations of the ground state and the M-intermediate state of sensory rhodopsin II-transducer complex with a HAMP domain model. Biochemistry, 51, 5958-5966 (2012).

[14] Y. Kokabu, M. Ikeguchi: Molecular modeling and molecular dynamics simulations of recombinase Rad51. Biophys. J., 104, 1556-1565 (2013).

[15] Y. Ito, T. Yoshidome, N. Matubayasi, M. Kinoshita, M. Ikeguchi: Molecular dynamics simulations of yeast F₁-ATPase before and after 16-degree rotation of the γ subunit. J. Phys. Chem. B, 117, 3298-3307 (2013).

[16] T. Yamane, S. Murakami, M. Ikeguchi: Functional rotation induced by alternating protonation states in the multidrug transporter AcrB: All-atom molecular dynamics simulations. Biochemistry, 52, 7648-7658 (2013).