myPresto 5.0- cosgene_pack -TUTORIAL
2020/08/12

Copyright (C) 2006-2020 Next Generation Natural Product Chemistry (N2PC)

本ドキュメントについて

本ドキュメントは、「myPresto 5.0 USER MANUAL」の別冊です。コピーライト、プロ
グラム使用許諾条件、著者および引用文献については、「myPresto 5.0 USER MANUAL」の記述に準じます。

謝辞

本ソフトウェアの研究開発は、国立研究開発法人日本医療研究開発機構(AMED)の援助によって行われました。ここに感謝の意を記します。
本ソフトウェアは、故・京極好正博士の始められた研究の中で開発されました。

1

目次
1.

本チュートリアルについて...................................................................................... 1

2.

cosgene_pack のインストール方法 ......................................................................... 33.

cosgene_pack のディレクトリ構成 ......................................................................... 6

4.

テストプログラムの実行 ......................................................................................... 75.

MD 計算の手順 ........................................................................................................ 86.

MD 計算実行までの手順の具体例 ........................................................................... 9
6.1.

準備と PDB ファイル(X 結晶構造情報)の確認 ............................................... 10

6.2.

PDB ファイルの加工 ...................................................................................... 12

6.3.

pdbcheck の実行 ............................................................................................. 13

6.4.

Hgene の実行.................................................................................................. 16

6.5.

tplgeneL の実行.............................................................................................. 18

6.6.

tplgeneX の実行 ............................................................................................. 21

6.7.

タンパク質と低分子化合物の PDB ファイルのマージ ................................... 24

6.8.

setwater の実行 .............................................................................................. 25

6.9.

add_ion の実行 ............................................................................................... 28

6.10.

tplgeneX の実行(2 回目) ............................................................................. 30

6.11.

tpl2capbc の実行 ......................................................................................... 33

6.12.

min.inp の作成 ............................................................................................ 35

6.13.

cosgene の実行(エネルギー極小化) ............................................................. 36

6.14.

SHAKEinp の実行 ...................................................................................... 37

6.15.

md.inp の作成 ............................................................................................. 39

6.16.

cosgene の実行(MD) ................................................................................... 42

6.17.

解析 ............................................................................................................. 43

7.

発展........................................................................................................................ 44

8.

ツールプログラムについての説明 ......................................................................... 45

9.

参照文献 ................................................................................................................ 48

1. 本チュートリアルについて
創薬計算用ソフトウェア myPresto は、MD シミュレーションプログラム(cosgene、
cosgene_MPI, psygene-G、omegagene)、ドッキングシミュレーションプログラム(sievgene)、高分子用トポロジー情報ファイル作成プログラム(tplgeneX)、低分子トポ
ロジー情報ファイル作成プログラム(tplgeneL)等、多くのプログラムから構成されています。
本チュートリアルでは、myPresto に含まれるプログラムのうち、基本的な MD 計算の実行に必要なプログラムを集めた cosgene_pack を使用します。cosgene_pack は、
myPresto を使った MD 計算を初めて実行する方が、簡単に MD 計算を実行するための環境を提供しています。簡単な MD 計算を実際に実行することにより、myPresto での MD シミュレーションの準備作業プロセスについて理解を深めることができます。
cosgene_pack は、Linux が動いている比較的多くの計算機環境で動作するように、設計されています。
より効率的に MD 計算を行うためには、複数の CPU コアを同時に使って MD 計算
を同時に計算する cosgene_MPI を使います。cosgene_MPI を使うためには、MessagePassing Interface(MPI)が利用可能な環境をあらかじめ設定した後で、cosgene_MPI を
コンパイルする必要があります。MPI やジョブスケジューリングプログラムを使った実行方法は、環境によって使用するコマンドが異なります。また、管理者権限が無いと設定できない場合があります。
また、myPresto には、GPU を使って高速に MD 計算を行う psygene-G が用意されています。Psygene-G の実行には、GPGPU が使える環境が必要です。本マニュアルでは、psygene-G を使った MD 計算実行手順については説明しません。

1

cosgene_pack には、以下のプログラムが含まれています。
l cosgene（MD 計算エンジン）

l tplgeneX（タンパク質、核酸等の高分子用のトポロジーファイル作成プログラム）

l tplgeneL（低分子化合物用のトポロジーファイル作成プログラム）

l Hgene（低分子化合物の部分電荷を計算するプログラム）

l add_ion（水溶液中にイオンを配置するプログラム）

l setwater（水分子を配置するプログラム）

l tpl2capbc（球状に配置した水に対する束縛を設定するプオグラム）

l SHAKEinp（SHAKE を設定するプログラム）

l RIGIDinp(剛体モデルを設定するプログラム)

l pdbcheck（PDB ファイルを修正するプログラム）

l ツールスクリプトプログラム
Ø get_pdb_info.pl(PDB ファイルの内容を確認するプログラム)

Ø select_chain.pl(PDB ファイルから特定の鎖を抜き出すプログラム)

Ø select_res.pl(PDB ファイルから特定の残基名の分子を抜き出すプログラム)

Ø del_res.pl(PDB ファイルから特定の残基名の行を削除するプログラム)

Ø exec_tplgeneL.sh(環境変数 TPLL_DB_PATH を設定せずに tplgeneL を実行するプログラム)

Ø exec_tplgeneX.sh(環境変数 TPL_DB_PATH を設定せずに tplgeneX を実行するプログラム)

l インストール関連プログラム
Ø install.sh(インストーラープログラム)

Ø check_binary.sh(バイナリプログラムをチェックするプロググラム)

Ø clean_binary.sh(バイナリプログラムを削除するプロググラム)

l テスト計算自動実行プログラム
Ø test_analysis.sh(解析のテスト実行プログラム)

以下は、MD のテスト実行プログラムです。4HP0 もしくは 4lxz は初期構造に使用している立体構造の PDB ID を示し、CAP はタンパク質の周りに球状に水分子を配置した系、peri は直方体状で周期的境界の系、cosgene もし
くは cosgene_MPI は計算に使うプログラムを示しています。
Ø test_MD_4HP0_CAP_cosgene_MPI.shØ test_MD_4HP0_CAP_cosgene.shØ test_MD_4HP0_peri_cosgene_MPI.shØ test_MD_4HP0_peri_cosgene.shØ test_MD_4lxz_CAP_cosgene_MPI.shØ test_MD_4lxz_CAP_cosgene.shØ test_MD_4lxz_peri_cosgene_MPI.shcosgene_pack に含まれているプログラムは以上です。
2

2. cosgene_pack のインストール方法
cosgene_pack は、cosgene_packYYMMDD.tar.gz という圧縮ファイルで配布されています。(YYMMDD は、年月日を表す数字です。) 本パッケージは、Linux/Unix 環境用で使用することを想定しています。本パッケージは、ユーザーが書き込み可能なディレ
クトリ(例えば、ホームディレクトリ)にインストールして、自分のみで使用ことを想定しています。/usr/local/bin 等の共用ディレクトリにはインストールしませんので、管理者用アカウントは必要ありません。書き込み可能なディレクトリのどこかに、
cosgene_packYYMMDD.tar.gz を配置して、次のコマンドで解凍してください。
% tar –xzvf cosgene_packYYMMDD.tar.gz
解凍後に cosgene_packYYMMDD という名前のディレクトリができます。次に、ソー
スコードからコンパイルするプログラムをインストールします。インストールするためのスクリプトプログラム(install.sh)を用意しています。このインストールプログラムでは、FORTRAN コンパイラと C コンパイラを使用します。現在は、GNU のコンパイラ(gfortran と gcc)、もしくは、インテル社のコンパイラ(ifort と icc)のどちらか一方がインストールされていることを前提としています(および一般的なシステムにインストー
ルされている C コンパイラ(cc))。他のコンパイラを使用するためには、各プログラムをコンパイルするための Makefile を編集する必要があります。
GNU のコンパイラを使用してインストールするには、
以下のコマンドを実行します。
Intel コンパイラを使用したインストールは後述します。
% cd cosgene_packYYMMDD% bin/install.sh
ここでは、まず、ディレクトリを cosgene_packYYMMDD/に移動して、その後に、
cosgene_packYYMMDD/bin/にある install.sh を実行しています。install.sh を引数なしで実行した場合には、GNU のコンパイラ(gfortran, gcc)を使ってプログラムをコン
パイルします。
インテル社のコンパイラを使用してインストールするためには、次のように”intel”を引数に与えて install.sh を実行します。
% bin/install.sh intel
install.sh は、カレントディレクトリ(現在のディレクトリ)がどこでも実行することができますが、install.sh を実行するためには、install.sh へのパス(相対パスもしくは絶対パス)を install.sh の前に付ける必要があります。上述のコマンド(bin/install.sh)において、install.sh の前にある”bin/”は、cosgene_packYYMMDD/から install.sh への相対パスを表しています。カレントディレクトリが、cosgene_packYYMMDD/bin ならば、”./install.sh”と実行します。cosgene_packYYMMDD.tar.gz を解凍したディレクト
リならば、”cosgene_packYYMMDD/bin/install.sh”と実行します。このように、カレン
3トディレクトリによって、実行時のコマンドが若干異なります。カレントディレクトリ
と cosgene_packYYMMDD/bin/ と の 位 置 関 係 を 意 識 し て お く こ と が 重 要 で す 。
cosgene_packYYMMDD/bin/へのパスを環境変数 PATH に設定すると相対パスの指定
なしに、その場所にあるコマンドを実行することも可能ですが、本マニュアルではパスの設定をせずに、相対パスを指定してコマンドを実行する方法で、以下説明します。
cosgene_packYYMMDD/bin/の下に、以下の実行ファイルが作成されていれば、インス
トールは問題なく完了しています。
l cosgenel tplgeneXl tplgeneL
l pdbcheckl Hgenel setwaterl add_ion
l tpl2capbc
l SHAKEinp
実行ファイルが作成されていないものについては、各プログラムのコンパイル用に用意されている Makefile の内容をチェックしてください。これらのバイナリの存在確認をするコマンドは、次のものです。(カレントディレクトリが cosgene_packYYMMDD/の場合)% bin/check_binary.sh

4

引数を与えずに install.sh を実行した場合には、以下のコンパイラを使います。
l cosgene: gfortran (cosgene_MPI は非対応)
l tplgeneX: gcc
l tplgeneL: /usr/bin/cc
l Hgene: gfortran, gcc
l pdbcheck: gfortranl setwater: gfortranl add_ion: gfortranl tpl2capbc: gfortranl SHAKEinp: cc“intel”を引数に与えて install.sh を実行した場合には、以下のコンパイラを使います。
l cosgene: ifort (cosgene_MPI は非対応)
l tplgeneX: gcc
l tplgeneL: /usr/bin/cc
l Hgene: ifort, icc
l pdbcheck: ifort
l add_ion: ifort
l setwater: ifort
l tpl2capbc: ifort
l SHAKEinp: cc

5

3. cosgene_pack のディレクトリ構成
cosgene_pack のディレクトリ構成は以下のようになっています。
cosgene_pack のディレクトリ構成:
cosgene_packYYMMDD/|--0README|--bin/| |--install.sh| |--exec_tplgeneX.sh| |--exec_tplgeneL.sh| |--get_pdb_info.pl| |--select_chain.pl| |--select_res.pl| |--del_res.pl| |--test_MD_4lxz.sh| |--check_binary.sh| |--clean_binary.sh| |--(cosgene)(install.sh 実行後に出現)| |--(tplgeneX)(install.sh 実行後に出現)| |--(tplgeneL)(install.sh 実行後に出現)| |--(Hgene)(install.sh 実行後に出現)| |--(pdbcheck)(install.sh 実行後に出現)| |--(setwater)(install.sh 実行後に出現)| |--(add_ion)(install.sh 実行後に出現)| |--(tpl2capbc)(install.sh 実行後に出現)| `--(SHAKEinp)(install.sh 実行後に出現)|--sample/| |--min.inp| |--md.inp| `--pdb4lxz.ent|--src/| |--Makefile| |--cosgene/| |--tplgeneX/| |--tplgeneL/| |--Hgene/| |--pdbcheck/| |--setwater/| |--add_ion/| |--tpl2capbc/| `--SHAKEinp/`--doc/|-- Hgene_manual_v5.0_en_YYMMDD.pdf|-- Hgene_manual_v5.0_ja_YYMMDD.pdf|-- cosgene_manual_v5.0_en_YYMMDD.pdf|-- cosgene_manual_v5.0_ja_YYMMDD.pdf|-- cosgene_sample_manual_v5.0_en_YYMMDD.pdf|-- cosgene_sample_manual_v5.0_ja_YYMMDD.pdf|-- cosgene_tutorial_v.5.0_ja_YYMMDD.pdf|-- pdbcheck_manual_v5.0_ja_YYMMDD.pdf|-- tplgeneL_manual_v5.0_en_YYMMDD.pdf|-- tplgeneL_manual_v5.0_ja_YYMMDD.pdf|-- tplgeneX_manual_v5.0_en_YYMMDD.pdf|-- tplgeneX_manual_v5.0_ja_YYMMDD.pdf`-- trj2pdb_manual_v5.0_ja_YYMMDD.pdf(YYMMDD は年月日を表す数字で、作成日を示すものです。)

6

4. テストプログラムの実行
インストールに成功したら、動作テスト用プログラムを実行するとよいでしょう。このプログラムは、サンプルとして用意したもので、タンパク質と低分子化合物の複合体(PDB ID: 4lxz)の周りに球状に水分子を配置し、イオンを付加して、エネルギー極小化を行い、その後に、MD 計算を実行します。(テストプログラムは、実行後、完了までに
約 15 分かかります。)
cosgene_packYYMMDD/の下で、次のコマンドを実行してください。
% bin/test_MD_4lxz_CAP_cosgene.sh
計算の出力先ディレクトリは、cosgene_packYYMMDD/test_MD_4lxz/です。
カレントディレクトリを確認するコマンドは、pwd です。カレントディレクトリを確認して、cosgene_packYYMMDD/とは別のディレクトリにいる場合には、cd コマン
ドを使って移動してください。

7

5. MD 計算の手順
以下の手順でドッキングシミュレーションを実施します。
(1) オリジナルの PDB ファイルの内容を確認します。
(2) ドッキングで使用する分子を検討します。特に、計算に使用しない分子で、計算に使用しない分子を検討します。結晶構造情報の中には、結晶化の安定剤として添加された分子が入っていることもあります。また、結晶構造では、同じユニットが、複数個含まれていることもありますが、MD 計算の際には、１つの天然構
造のユニットに対して計算を行うとよいでしょう。
(3) タンパク質と低分子化合物との複合体の MD 計算の準備段階では、一旦、タンパ
ク質と低分子化合物を分離して別のファイルにします。これは、タンパク質の処理は tplgeneX で、低分子化合物の処理は tplgeneL で行うためです。別々のファ
イルに保存して、それぞれのプログラムの入力ファイルにします。タンパク質に結合した金属イオンは、タンパク質の方に含めます。
(4) (3) で切り出した低分子化合物の PDB ファイルを Hgene で処理します。この処理によって、tplgeneL で扱えるファイル形式になります。
(5) tplgeneL で低分子化合物を処理して、PDB ファイルとトポロジーファイルを作成します。
(6) (3)で分離したタンパク質ファイルの末尾に、(5)で作成した化合物の PDB ファイ
ルを追加します。
(7) (6)で作成した複合体の PDB を tplgeneX で処理します。この際に、(5)で作成した低分子化合物のトポロジーファイルを使用します。これで、複合体の PDB ファイ
ルとトポロジーファイルが作成されます。
(8) 複合体の周辺に配置する水分子を、setwater で発生させます。
(9) add_ion でイオンを発生させます。
(10) 水分子を球状の範囲に閉じ込めておくための束縛ファイルを tpl2capbc で発生させます。
(11) エネルギー極小化計算用の cosgene 用入力ファイルを作成します。
(12) エネルギー極小化計算を実行します。
(13) SHAKE 設定ファイルを作成します。
(14) MD の本計算用の cosgene 用入力ファイルを作成します。
(15) MD の本計算を実行します。

8

6. MD 計算実行までの手順の具体例
ヒストン脱アセチル化酵素2(HDAC2)と阻害剤の複合体に対してMD計算を行う手順について説明します。ここでは、球状に配置した水の中に複合体を置いた系に対する計算を行うことにします。HDAC2・阻害剤複合体の初期構造は、X線結晶構造(PDB ID:
4lxz)を使用します。結晶構造からMD計算用の系を作成する手順は、少し頻雑です。

図 1. イオンを含む水球中でのタンパク質・阻害剤複合体の系の例

96.1. 準備と PDB ファイル(X 結晶構造情報)の確認
MD計算で用いる系の作成には、多くの場合、Protein Data Bank(PDB)に登録されている構造情報ファイル(PDBファイル)を用います。しかし、PDBファイルからMD計算でも用いる系の座標情報を作成するには、いくつかの処理が必要です。
まず、作業用ディレクトリを作成し、作成したディレクトリの下に移動します。ここでは、作業ディレクトリの名前はwork_MD_4lxzにします。作業ディレクトリを作成するカレントディレクトリがcosgene_packYYMMDD/ではない場合には、そこに移動してください。(他のディレクトリでも計算可能ですが、bin/への相対パスが異なり
ます。)
% pwd

（カレントディレクトリを表示するコマンド。
）

cosgene_packYMMDD でない場合は、そこに移動してから以下のコマンドを実行してください。

% mkdir work_MD_4lxz% cd work_MD_4lxz
test_MD_4lxzは、テスト実行プログラム(bin/test_MD_4lxz.sh)の出力先のディレクト
リ名として設定されていますので、それとは違う名前にしています。
次に、サンプルファイルを作業ディレクトリにコピーします。
% cp ../sample/pdb4lxz.ent .
このサンプルファイルを使って、MD計算の手順について説明します。最初に行うべきことは、PDBファイルに含まれる分子の構成を調査をすることです。次のコマンドで、PDBファイルの内容を確認します。
% perl ../bin/get_pdb_info.pl pdb4lxz.ent
get_pdb_info.plの出力例:
No SSBOND line.
No of peptide chain:3
Chain ID 1: A
Chain ID 2: B
Chain ID 3: C
No of ligand name:7
Ligand name 1: ZN
Ligand name 2: CA
Ligand name 3: NA
Ligand name 4: PG4
Ligand name 5: SHH
Ligand name 6: NHE
Ligand name 7: HOH

この出力を見ると、pdb4lxz.pdbには、ペプチド鎖が3本(A鎖、B鎖、C鎖)、ペプチド鎖以外の分子(つまり、HETATMから始まる行に登録されている分子)が、ZN、CA、
NA、PG4、SHH、NHE、HOHの7種類が含まれていることが確認できます。PDBフ
10ァイルの内容をよく確認すると、3本のペプチド鎖は同じもので、阻害剤はSHHであることが分かります。PG4とNHEは、結晶化の際の添加剤と思われます。1つのペプ
チド鎖の内部には、亜鉛イオン、カルシウムイオン、ナトリウムイオンが結合しています。さらに、結晶構造における水分子の酸素原子座標も含まれています。この結晶構造自体でなく、水溶液中での複合体構造に興味がある場合には、水溶液中の状態に近いと考えられる複合体構造のみを取り出します。ここでは、結晶化の添加剤と考えられるPHEとPG4を取り除き、水溶液中では三量体でなく単量体だと考えられますの
で、A鎖のみを取り出すとよいでしょう。
図 2. pdb4lxz.pdb に含まれる X 線結晶構造

ペプチド鎖はリボン表示で、水分子の酸素原子はドット表示(赤色(見えにくくなっています))で、その他の低分子化合物と金属イオンは vdW 球表示で描画されている。低分子化合物としては、SHH(水色)、PG4(黄色)、PHE(赤色)が含まれており、金属イオン
としては、ZN(灰色)、CA(緑色)、NA(青色)が含まれている。
A鎖と、A鎖に結合したSHH、ZN、CA、NAを使用し、残りは使用しないことにします。

図 3. MD で使用するタンパク質・阻害剤・金属イオン

2 つの図は異なる角度から見たもの

11

6.2. PDB ファイルの加工
前節で検討した結果、pdb4lxz.entからA鎖と、A鎖に結合したSHH、ZN、CA、NAを取り出して使用することにしました。次に行うべきことは、低分子化合物に対して適切な処理を行うことです。そのため、pdb4lxz.entからA鎖に結合したSHHの情報を抽出して、１つのファイルに保存します。また、A鎖と、A鎖に結合した金属イオン(ZN、CA、NA)も別のファイルに抽出して保存します。この２つのファイルを作成す
るには、以下のコマンドを実行します。
% perl ../bin/select_chain.pl A pdb4lxz.ent > tmp_selectChain（A 鎖と A 鎖に結合した分子・金属イオンの抽出）% perl ../bin/del_res.pl HOH tmp_selectChain > tmp_delRes1（HOH の削除）% perl ../bin/del_res.pl PG4 tmp_delRes1 > tmp_delRes2（PG4 の削除）% perl ../bin/del_res.pl SHH tmp_delRes2 > tmp_delRes3（SHH の削除）
A鎖と、A鎖に結合した金属イオンの情報がtmp_delRes3に保存されています。
実際に、tmp_delRes3の内容が想定した通りなのかをget_gdb_info.plで確認しましょう。
% perl ../bin/get_pdb_info.pl tmp_delRes3
get_pdb_info.pl の出力:
No SSBOND line.
No of peptide chain:1
Chain ID 1: A
No of ligand name:3
Ligand name 1: ZN
Ligand name 2: CA
Ligand name 3: NA

ペプチド鎖はA鎖のみで、リガンドはZN、CA 、NAのみとなっていることが確認できます。
また、次のコマンドで、阻害剤のみをtmp_ligandに取り出します。
% perl ../bin/select_res.pl SHH tmp_selectChain > tmp_ligand

12

6.3. pdbcheck の実行
前節で、タンパク質と金属イオンを含むPDBファイルと、低分子化合物を含むPDBフ
ァイルの２つを作成しました。この段階で、PDBファイルのイレギュラーを検出、もしくは、修正するために、pdbcheckを実行します。pdbcheckを実行するためには、まず、pdbcheck制御用の入力ファイルを用意します。ここでは、次の３行を含むテキス
トファイル(inp_pdbcheck (ファイル名は任意))を用意します。
inp_pdbcheck の内容:
tmp_delRes3
tmp_pdb_checked.pdb-alt

1行目は読み込むPDBファイルの名前、2行目は出力するPDBファイルの名前、3行目
以降は、オプションを記述します。ここで使用している-altオプションは、同じ原子について登録されている複数の座標情報(alternate location indicator)が含まれている場
合に、最初の座標のみを出力するオプションです。他に、ジスルフィド結合を自動検出して、PDBファイルの先頭にSSBOND行(ジスルフィド結合をしている原子ペアの情報)を書き込むオプション(-ss)等があります。ここでは、get_pdb_info.plの出力に、
SSBOND 行が含まれていませんでしたので、—ssオプションは使用していません。
inp_pdbcheckは、テキストエディタで用意してもかまいませんが、次のコマンド群を使用することにより、テキストエディタを使用しないで作成することができます。
% echo tmp_delRes3 > inp_pdbcheck% echo tmp_pdb_checked.pdb >> inp_pdbcheck% echo –alt >> inp_pdbcheck
作成したinp_pdbcheckの確認は、次のコマンドで行います。
% cat inp_pdbcheck
pdbcheckは、次のように実行します。
% ../bin/pdbcheck < inp_pdbcheck
pdbcheck の出力：
PDB CHECK TOOL v1.1.1 2014. Sep. 19
1st : input PDB file name
2nd : output PDB file name3rd.. : -cap -hyd -alt -bb -dih -ss -as-disableHet -keepTer -remark-mod -mut -rot -cmp
INFORMATION INPUT
1) INPUT FILE
tmp_delRes3
2) OUTPUT FILE
tmp_pdb_checked.pdb
3) SPECIFIED OPTION
-alt

13

INFORMATION> DIVISION OF CHAINS.
CHAIN NAME RESIDUE NAME RESIDUE ID
A
A
CA
NA
402 403A
A
ZN
CA
401 402AA
PRO
ZN
379 401

REASON(EXCEPT TER AND CHAIN ID)
TERMINAL OF NA ION GROUP(TOP)DIFFERENCE OF LIGAND RESIDUE NAMEDISTANCE IS FARINFORMATION> EXIST ALTERNATE LOCATION INDICATORRESIDUE NAME RESIDUE ID ATOM NAME
LYS
36
CE
LYS
36
NZ
ARG
54
CG
ARG
54
CD
ARG
54
NE
ARG
54
CZ
ARG
54
NH1
ARG
54
NH2
(中略)
ARG
376
CB
ARG
376
CG
ARG
376
CD
ARG
376
NE
ARG
376
CZ
ARG
376
NH1
ARG
376
NH2
INFORMATION> REPAIR ALTERNATE LOCATION INDICATORRESIDUE NAME RESIDUE ID ATOM NAME
LYS
36
CE
LYS
36
NZ
ARG
54
CG
ARG
54
CD
ARG
54
NE
ARG
54
CZ
ARG
54
NH1
ARG
54
NH2
(中略)
ARG
376
CB
ARG
376
CG
ARG
376
CD
ARG
376
NE
ARG
376
CZ
ARG
376
NH1
ARG
376
NH2
INFORMATION> LACKED MAIN CHAIN
RESIDUE NAME RESIDUE ID ATOM NAME
INFORMATION> TERMINAL RESIDUERESIDUE NAME RESIDUE ID DISTANCEINFORMATION> SSBOND CANDIDATESINFORMATION> CYS-(CYM) CANDIDATESCHAIN ID RESIDUE NAME RESID ID
INFORMATION> EXIST NEAR ATOMRESIDUE NAME RESIDUE ID ATOM NAME
INFORMATION> LINEAR TORSION ATOMRESIDUE ID
ATOM NAMEWARNING: TOPOLOGY FILE NOT EXIST:C99_aa.tpl
SKIP RESIDUE ANALYSISINFORMATION> OUTPUT

14

OUTPUT FILE
tmp_pdb_checked.pdb

リガンドについても同様に pdbcheck を実行します。
% echo tmp_ligand > inp_pdbcheck_lig% echo lig.pdb >> inp_pdbcheck_lig% echo –alt >> inp_pdbcheck_lig% cat inp_pdbcheck_lig
inp_pdbcheck_lig の内容を確認して、タイプミスがないことを確認した後で、次のコマンドを実行してください。
% ../bin/pdbcheck < inp_pdbcheck_lig
lig.pdb(Hgene の入力ファイル):HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
HETATM
TER

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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14
15
16
17
18
19

O1 SHH A
O2 SHH A
N1 SHH A
C1 SHH A
C2 SHH A
C3 SHH A
C4 SHH A
C5 SHH A
C6 SHH A
C7 SHH A
C8 SHH A
O3 SHH A
N2 SHH A
C9 SHH A
C10 SHH A
C11 SHH A
C12 SHH A
C13 SHH A
C14 SHH A

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

19.636 -19.886
20.493 -17.663
20.883 -19.782
21.257 -18.620
22.597 -18.546
23.558 -17.483
24.933 -17.701
25.972 -16.715
27.325 -17.005
28.304 -15.828
28.010 -14.702
27.461 -13.712
28.377 -14.832
28.270 -13.899
28.005 -12.534
28.001 -11.658
28.266 -12.130
28.553 -13.478
28.581 -14.346

15-2.094-0.936-1.456-0.886-0.195-0.789-0.133-0.701-0.024-0.183
0.779
0.333
2.094
3.158
2.969
4.055
5.340
5.537
4.451

1.00 9.90
1.00 11.81
1.00 12.88
1.00 11.91
1.00 8.48
1.00 11.04
1.00 14.84
1.00 18.97
1.00 21.78
1.00 22.61
1.00 25.92
1.00 27.41
1.00 27.90
1.00 28.65
1.00 29.96
1.00 30.92
1.00 28.90
1.00 28.01
1.00 27.71

6.4. Hgene の実行
pdb形式のリガンドファイルはtplgeneLで扱えません。Hgeneを用いてmol2ファイルに変換します。次のコマンドを実行してください。
% ../bin/Hgene -ipdb lig.pdb -p -mop AM1BCC -omol2 lig.mol2
このコマンドによりlig.mol2が作成されます。-pオプションを使用すると、酸性/塩基性官能基が解離状態になるように水素原子を付加します。-mopオプションは、ハミル
トニアンを指定してMOPAC7 の計算を行います。ここでは、AM1BCCのハミルトニ
アンを指定しています。Hgeneのその他の使用方法については、Hgeneのマニュアルを参照してください。
lig.mol2 (Hgene の出力ファイル)：@<TRIPOS>MOLECULE
lig.mol2
39 39 0 0 0
SMALL
USER_CHARGES@<TRIPOS>ATOM
1 O1
2 O2
3 N1
4 C1
5 C2
6 C3
7 C4
8 C5
9 C6
10 C7
11 C8
12 O3
13 N2
14 C9
15 C10
16 C11
17 C12
18 C1319 C14
20 H1
21 H2
22 H3
23 H4
24 H5
25 H6
26 H7
27 H8
28 H9
29 H1030 H11
31 H12
32 H13

19.6360
20.4930
20.8830
21.2570
22.5970
23.5580
24.9330
25.972027.3250
28.3040
28.0100
27.461028.3770
28.2700
28.0050
28.001028.2660
28.5530
28.581019.7733
21.4957
22.4546
23.051123.611423.2040
24.8500
25.2363
26.041125.6763
27.1734
27.731429.2340-19.8860-17.6630-19.7820-18.6200-18.5460-17.4830-17.7010-16.7150-17.0050-15.8280-14.7020-13.7120-14.8320-13.8990-12.5340-11.6580-12.1300-13.4780-14.3460-20.1131-20.5717-18.3153-19.4339-17.6097-16.5713-17.5559-18.6362-16.8485-15.7805-17.1644-17.8169-16.1525-2.0940 O.3-0.9360 O.2-1.4560 N.am
-0.8860 C.2-0.1950 C.3-0.7890 C.3-0.1330 C.3-0.7010 C.3-0.0240 C.3-0.1830 C.3
0.7790 C.2
0.3330 O.2
2.0940 N.am
3.1580 C.ar
2.9690 C.ar
4.0550 C.ar
5.3400 C.ar
5.5370 C.ar
4.4510 C.ar
-3.0062 H-1.4241 H
0.7675 H-0.2693 H-1.7795 H-0.5804 H
0.8529 H-0.3157 H-1.6896 H-0.5030 H
0.9515 H-0.4431 H-0.0106 H

16

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH

-0.1622-0.3354-0.30830.3019-0.1660-0.1328-0.1576-0.1500-0.1449-0.17240.3157-0.3391-0.33480.0753-0.1565-0.0951-0.1500-0.0951-0.1565
0.1923
0.23690.09280.09280.09130.09130.07670.07670.08950.08950.07990.07990.101033 H1434 H1535 H1636 H1737 H1838 H1939 H20@<TRIPOS>BOND
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
10
11
11
12
11
13
13
14
14
15
14
16
15
17
16
18
17
19
18
20
1
21
3
22
5
23
5
24
6
25
6
26
7
27
7
28
8
29
8
30
9
31
9
32
10
33
10
34
13
35
15
36
16
37
17
38
18
39
19

28.2348
28.7867
27.8174
27.8075
28.249628.7385
28.8280
3
4
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
19
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

-15.4705-15.6852-12.1834-10.6871-11.5008-13.8203-15.3030-1.1143 H
2.4168 H
2.0514 H
3.9136 H
6.1171 H
6.4581 H
4.6033 H

1
2
am
1
1
1
1
1
1
1
2
am
1
ar
ar
ar
ar
ar
ar
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

17

1
1
1
1
1
1
1

SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH
SHH

0.10100.22600.13420.1266
0.12460.12660.1342

6.5. tplgeneL の実行
ここではリガンドのトポロジーファイルを作成します。まずは、tplgeneLの制御用入力ファイルを作成します。tplgeneLについては、cosgeneのマニュアルを参照してください。
作成すべきファイル(inp_tplgeneL)の内容:
2
lig.mol2
1
gaff21.db
no

このファイルの意味は、以下の通りです。
[1行目] 読み込むファイル形式( 1: tplgeneLオリジナル形式, 2: Sybyl mol2形式)[2行目] 読み込むファイル名[3行目] パラメーターが無い場合の処理
1: デフォルトパラメータを使用
2: パラメーターを計算する
3: デフォルトパラメーターがある場合にはそれを使い、無い場合には計算する[4行目] 使用するポテンシャルのデータベースファイル名[5行目] フラグメントデータベースを使用するか (yes/no)

この内容のファイルは、テキストエディタで用意してもかまいませんが、以下のコ
マンドを実行すると、同じ内容のファイルが作成されます。
% echo 2 > inp_tplgeneL% echo lig.mol2 >> inp_tplgeneL% echo 1 >> inp_tplgeneL% echo gaff21.db >> inp_tplgeneL% echo no >> inp_tplgeneL% cat inp_tplgeneL （内容の確認）
tplgeneLの実行は以下のコマンドで行います。
% ../bin/exec_tplgeneL.sh < inp_tplgeneL
exec_tplgeneL.shは、そのプログラムの中でtplgeneLの実行前に必要な環境変数
TPLL_DB_PATHを設定してからtplgeneLを実行するプログラムです。
tplgeneLを実行すると、低分子化合物のトポロジーファイルが作成されます。作成されるトポロジーファイルの名前は、入力ファイルの名前から拡張子を取り除いたものに、”.tpl”を付加したものです。

18

(参考)
tplgeneLは対話的に実行できるように設計されています。対話的に実行する場合の画面を以下にします。tplgeneLの制御用入力ファイルとして作成したinp_tplgeneLは、
対話的に実行する際に、キーボードから入力する項目をファイルに保存したもので、OSのリダイレクト機能を使って、キーボードからの入力をファイルからの入力に切り替えた実行方法が、次のコマンドです。
% ../bin/exec_tplgeneL.sh < inp_tplgeneL
tplgeneL を対話的に実行した際の出力:***************************************************
tplgeneL****
Dec 5, 2016***************************************************
Please select Input File Format by the next number!
1 : tplgeneL original (*.bond,*.charge,*.zmat)
2 : Sybyl mol2 (*.mol2)2ß---(キーボードからの入力項目)
INFORMATION> main
Sybyl mol2 Input File was selected.
Please select Input File Name!
./
capbc
inp_tplgeneL Original_aminoacid_No.dat
command_list
inp_tplgeneX pdb4lxz.ent
cry_wat_x.pdb
inp_tplgeneX2 pdbcheck_lig.log
fort.16
lig.mol2
pdbcheck.log
fort.30
lig.pdb
Pro_0.pdb
inp_add_ion
lig.tpl
Pro_0.tpl
inp_pdbcheck
lig_tplL.pdb Pro_1.pdb
inp_pdbcheck_lig M_all.res
Pro_2.pdb
inp_setwater
min.inp
Pro_3.pdb
inp_tpl2capbc
min.out
Pro_4.pdb
lig.mol2ß---(キーボードからの入力項目)

Pro_4.tpl
setwater.log
tmp_delRes1
tmp_delRes2
tmp_delRes3
tmp_ligand
tmp_pdb_checked.pdb
tmp_selectChain
wat.pdb

INFORMATION> ltgGetFilename
Get File Name, "./lig"
What processing do you do if there is a missing parameter?
Please select 1, 2 or 3! (default : 1)
1 : use default parameters.
2 : calculate parameters.
3 : use default parameters, when default parameters exist.
use calculated parameters, when default parameters don't exist.
1ß---(キーボードからの入力項目)
Please select Input DB Name!
(default : gaff17.db)/home/ec2-user/cosgene_pack161210/src/tplgeneL161205/src/tplgeneL/tplgeneL/DB/
amber99.db gaff17.db gaff18.db gaff21.db
gaff21.db
ß---(キーボードからの入力項目)19

Do you want to use FragmentDB ? (yes(y)/no(n) default : no)noß---(キーボードからの入力項目)
WARNING> ltgCorrectNotExistParm
Improper-torsion parameter is not defined.
Default parameter is used.
13 15 14 19: n
ca ca ca
==>
X
X
3c1 X
%% Program is done. %%%% This program ended normally. %%赤字で示した入力項目を、１つにつき１行で記述したものが、制御用入力ファイルです。
つまり以下の内容のファイルです。
2
lig.mol2
1
gaff21.db
nomyPrestoに含まれるプログラムのいくつかは、このように対話的に実行するように設計されており、対話的実行をする際の入力項目が制御用入力ファイルに書かれています。

20

6.6. tplgeneX の実行
本章で説明するMDの準備プロセスでは、tplgeneXを数回実行します。tplgeneXは、入力されたPDBをシミュレーションに適した形式に加工すると同時に、そのPDBファ
イルに対応したトポロジーファイルを作成します。ここで、実行する最初のtplgeneXの実行は、PDBファイルの加工を行うためです。
まず、制御用入力ファイル(inp_tplgeneX)を作成します。
inp_tplgeneX の内容：
pdb
C99
tmp_pdb_checked.pdb
pdb
Pro_0.pdb
Pro_0.tpl

このファイルは、tplgeneX(exec_tplgeneX.sh)を対話的に実行した際の入力項目を記述したものです。tplgeneXを対話的に実行した時の出力例を以下に示します。
tplgeneX を対話的に実行した時の出力例:***************************************************
tplgeneX version 0.9.2****
Jul 11, 2015***************************************************%% Enter Inputfile Type or the number. %%1 : pdb
2 : pdbx (PDBx/mmCIF)
3 : dihed (for Amino Acid Only)
pdb
ß---(キーボードからの入力項目)%% Enter Forcefield Type or the number. %%1 : C99
2 : C96
3 : charmm22(for Amino Acid Only)
4 : charmm19(for Amino Acid Only)
9 : other Force Field(Modified AMBER FF, etc.)
C99
ß---(キーボードからの入力項目)%% Enter an Input Coordinate or Dihed File Name. %%inp_pdbcheck
lig.tpltmp_delRes2
tmp_selectChain
inp_pdbcheck_lig lig_tplL.pdb
tmp_delRes3
lig.mol2
pdb4lxz.ent
tmp_ligand
lig.pdb
tmp_delRes1
tmp_pdbcheck.pdb
tmp_pdbcheck.pdb
ß---(キーボードからの入力項目)%% Enter Outputfile Type or the number. %%1 : pdb
2 : pdbx
pdb
ß---(キーボードからの入力項目)%% Enter an Output Coordinate File Name. %%Pro_0.pdb
ß---(キーボードからの入力項目)%% Enter an Output Topology File Name. %%Pro_0.tpl
ß---(キーボードからの入力項目)

21

INFORMATION> printMolInfo
Molecule Number:1
Total number of residues :368
INFORMATION> printMolInfo
Amino acid Sequence of the protein
Molecule Number :1
GLYN+ LYS+ LYS+
GLY
ASP- ILE
GLY
HIS
PRO
MET
THR
HIS
LEU
TYR
ARG+
HIS
LYS+ ALA
TYR
HIS
SER
ARG+ SER
ILE
TYR
SER
LYS+
GLY
GLU- ASPPHE
GLU- PHE
SER
VAL
ALA
GLN
GLN
THR
GLY
GLY
LEU
ALA
SER
GLY
VAL
LEU
ALA
HIS
GLN
ARG+
ILE
HIS
HIS
PHE
TYR
THR
SER
PHE
HIS
GLY
THR
GLY
GLY
LYS+ GLY
PRO
MET
ARG+
TYR
GLY
GLN
LYS+ VAL
MET
VAL
VAL
LEU
SER
GLY
ASPTHR
VAL
LYS+
VAL
VAL
LYS+
MET
LEU
GLY
ASN
VAL
ALA
ALA
VAL
ALA
GLU- LEU
PRO
PHE
GLY
PRO
PRO
SER
ASN
GLU- TYR
METPHE
GLU- ASN

LYS+
GLY
MET
ASN
LYS+
THR
ASPARG+
GLN
CYS
CYS
GLY
ASPHIS
PHE
ILE
VAL
GLY
THR
LYS+
ASPLYS+ASPILEGLUGLN
ARG+
GLY
THR
GLY
ARG+
LEU
TYR
ASPMET
GLULEU

VAL
ASN
LYS+
LEU
MET
ALA
GLUPRO
MET
PRO
GLN
ALA
MET
HIS
CYS
LEU
LEU
ASPASPTYR
LEU
TYR
GLY
PHE
MET
CYS
LEU
HIS
PHE
GLY
CYS
ASPASN
PHE
THR
LYS+
ARG+

CYS
TYR
PRO
LEU
GLUGLUTYRASPGLN
VAL
LEU
VAL
ALA
ALA
TYR
GLUTYR
GLY
ARG+
GLY
ARG+
TYR
ILE
LYS+
TYR
GLY
GLY
ALA
ASN
GLY
TRP
CYS
ASPLYS+
ASN
ILE
MET

TYR
TYR
HIS
LEU
ILE
GLUILE
ASN
ARG+
PHE
SER
LYS+
VAL
LYS+
VAL
LEU
ILE
VAL
VAL
GLUASPALAASPPRO
GLN
ALA
CYS
LYS+
LEU
TYR
THR
GLUTYR
LEU
GLN
LYS+
LEU

INFORMATION> setCoordinate
All the atom positions are now set.
INFORMATION> outputTpl
Output formatted Topology File
INFORMATION> outputCoord
Output coordinate file
CALC. TIME = 0.1284 sec.
%% Program is done. %%%% This program ended normally. %%

22

TYR
TYR
ARG+
ASN
TYR
MET
LYS+
MET
PHE
ASPTHR
LEU
ASN
LYS+
ASN
LEU
ASPGLUMET
TYR
ILE
VAL
ASPILEPRO
ASPPHE
CYS
PRO
THR
TYR
ILE
PHE
HIS
ASN
GLN
PROC-

TYR
GLY
ILE
TYR
ARG+
THR
PHE
SER
ASN
GLY
GLY
ASN
TRP
SER
ASPLYS+ILE
GLUTHRPHE
GLY
ASN
GLUILE
SER
SER
ASN
VAL
LEU
ILE
GLUPROGLUILETHR
ARG+

ASPGLN
ARG+
GLY
PRO
LYS+
LEU
GLUVAL
LEU
GLY
ARG+
ALA
GLUILETYR
ASPALA
VAL
PRO
ALA
PHE
SER
SER
ALA
LEU
LEU
GLULEU
ARG+
THR
ASN
TYR
SER
PRO
LEU

pdbcheckの時と同じようにechoコマンドでファイルを作成するには、以下のように実行します。(テキストエディタで作成してもかまいません。)% echo pdb > inp_tplgeneX% echo C99 >> inp_tplgeneX% echo tmp_pdb_checked.pdb >> inp_tplgeneX% echo pdb >> in_tplgeneX% echo Pro_0.pdb >> inp_tplgeneX% echo Pro_0.tpl >> inp_tplgeneX
次のコマンドでtplgeneX(exec_tplgeneX.sh)を実行してください。
% ../bin/exec_tplgeneX.sh < inp_tplgeneX
次のexec_tplgeneX.shは、そのプログラムの中で、最初にtplgeneX実行に必要なデー
タベースファイルのパスを環境変数として設定し、その後にtplgeneXを実行します。
つまり、簡単な設定をした後に、tplgeneXを実行するものです。
(参考)
inp_tplgeneXは、以下のように記述して上述のinp_tplgeneXのものと同様に動作します。これは、tplgeneXからの質問項目に番号で回答したパターンになります。
inp_tplgeneX の記述例：
11
tmp_pdb_checked.pdb1
Pro_0.pdb
Pro_0.tpl

23

6.7. タンパク質と低分子化合物の PDB ファイルのマージ
上述の手順では、タンパク質と低分子化合物について別々に処理して、それぞれの
PDBファイルを作成しました。次のコマンドで２つのファイルをマージします。
% cat Pro_0.pdb lig_tplL.pdb > Pro_1.pdb
Pro_0.pdbに追加したlig_tplL.pdbの内容は以下の通りです。水素原子が付加されており、部分電荷付加と原子質量の情報も付加されています。また、この低分子化合物に対するトポロジーファイルは、2行目のREMARKから始まる行に登録されています。
この情報は、この低分子化合物を含む系のトポロジーファイルをtplgeneXで作成する際に使われます。その際には、この化合物のトポロジーファイル(lig.tpl)が読み込めな
いとエラーになります。
REMARK ORIGMOL2 ./lig.mol2
REMARK ORIGTPL ./lig.tpl
ATOM
1 O1 SHH
1ATOM
2 O2 SHH
1ATOM
3 N3 SHH
1ATOM
4 C4 SHH
1ATOM
5 C5 SHH
1ATOM
6 C6 SHH
1ATOM
7 C7 SHH
1ATOM
8 C8 SHH
1ATOM
9 C9 SHH
1ATOM
10 C10 SHH
1ATOM
11 C11 SHH
1ATOM
12 O12 SHH
1ATOM
13 N13 SHH
1ATOM
14 C14 SHH
1ATOM
15 C15 SHH
1ATOM
16 C16 SHH
1ATOM
17 C17 SHH
1ATOM
18 C18 SHH
1ATOM
19 C19 SHH
1ATOM
20 H20 SHH
1ATOM
21 H21 SHH
1ATOM
22 H22 SHH
1ATOM
23 H23 SHH
1ATOM
24 H24 SHH
1ATOM
25 H25 SHH
1ATOM
26 H26 SHH
1ATOM
27 H27 SHH
1ATOM
28 H28 SHH
1ATOM
29 H29 SHH
1ATOM
30 H30 SHH
1ATOM
31 H31 SHH
1ATOM
32 H32 SHH
1ATOM
33 H33 SHH
1ATOM
34 H34 SHH
1ATOM
35 H35 SHH
1ATOM
36 H36 SHH
1ATOM
37 H37 SHH
1ATOM
38 H38 SHH
1ATOM
39 H39 SHH
1
TER

19.636 -19.886
20.493 -17.663
20.883 -19.782
21.257 -18.620
22.597 -18.546
23.558 -17.483
24.933 -17.701
25.972 -16.715
27.325 -17.005
28.304 -15.828
28.010 -14.702
27.461 -13.712
28.377 -14.832
28.270 -13.899
28.005 -12.534
28.001 -11.658
28.266 -12.130
28.553 -13.478
28.581 -14.346
19.773 -20.113
21.496 -20.572
22.455 -18.315
23.051 -19.434
23.611 -17.610
23.204 -16.571
24.850 -17.556
25.236 -18.636
26.041 -16.849
25.676 -15.780
27.173 -17.164
27.731 -17.817
29.234 -16.152
28.235 -15.470
28.787 -15.685
27.817 -12.183
27.808 -10.687
28.250 -11.501
28.738 -13.820
28.828 -15.303

24-2.094 16.00 -0.16-0.936 16.00 -0.34-1.456 14.01 -0.31-0.886 12.01 0.30
-0.195 12.01 -0.17-0.789 12.01 -0.13-0.133 12.01 -0.16-0.701 12.01 -0.15-0.024 12.01 -0.14-0.183 12.01 -0.17
0.779 12.01 0.32
0.333 16.00 -0.34
2.094 14.01 -0.33
3.158 12.01 0.08
2.969 12.01 -0.16
4.055 12.01 -0.10
5.340 12.01 -0.15
5.537 12.01 -0.10
4.451 12.01 -0.16-3.006 1.01 0.19
-1.424 1.01 0.24
0.767 1.01 0.09
-0.269 1.01 0.09
-1.780 1.01 0.09
-0.580 1.01 0.09
0.853 1.01 0.08
-0.316 1.01 0.08
-1.690 1.01 0.09
-0.503 1.01 0.09
0.952 1.01 0.08
-0.443 1.01 0.08
-0.011 1.01 0.10
-1.114 1.01 0.10
2.417 1.01 0.23
2.051 1.01 0.13
3.914 1.01 0.13
6.117 1.01 0.12
6.458 1.01 0.13
4.603 1.01 0.13

6.8. setwater の実行
前節でタンパク質と低分子化合物を含むPDBファイルを準備しました。次に、複合体の周辺に水を配置します。ここでは、複合体の周囲に球状に、タンパク質表面から8オ
ングストーロームのマージンで、水分子を配置することににします。setwaterの制御用入力ファイルは、次のものを使ってください。
inp_setwater の内容:
Pro_1.pdb
N
wat.pdb
S
-8.0
C
1.0
1.0
3
Y
setwater.log
N

このファイルは、対話的に実行した際の入力項目になります。各行に記述した内容
は、対話的実行での質問項目に対する答えです。質問内容は、次の出力例で確認してください。
setwater を対話的に実行した際の出力例：--- setwater --Input file name (PDB of target molecule) ?
Pro_1.pdb
ß---(キーボードからの入力項目)-> Pro_1.pdb
Do you use crystal water file (Y or N) ?
Nß---(キーボードからの入力項目)-> not use.
Input file name (output of water coord) ?
wat.pdb
ß---(キーボードからの入力項目)-> wat.pdb
Input cell type (sphere="S", ellipsoid="E", cube="C", parallelepiped="P") ?
S
ß---(キーボードからの入力項目)Input radius (R) ?
(positive vale:radius,negative value:mergin)-8.0
ß---(キーボードからの入力項目)-> sphere : -8.0000000000
Input center of water (mass center="C", 3D-coordinate="D") ?
Cß---(キーボードからの入力項目)-> mass center
Input density of water (usually 1.0) ?
1.0
ß---(キーボードからの入力項目)->
1.0000000000
Input vdW damping factor (usually 1.0) ?
1.0
ß---(キーボードからの入力項目)->
1.0000000000
Input water model(TIP3P="3", TIP4P="4") ?
3
ß---(キーボードからの入力項目)-> TIP3P
Do you use precise model (Y or N) ?
Yß---(キーボードからの入力項目)
Input file name (information output) ?
setwater.log
ß---(キーボードからの入力項目)-> setwater.log

25

Do you use membrane (Y or N) ?
Nß---(キーボードからの入力項目)
numatomp
5881
ntype=
14477
ntype=
21634
ntype=
34477
ntype=
43944
ntype=
53728
ntype=
64774
n_str=
1 npot=225420ave_&_max_potential= 0.249992028
0.948207736
ave_&_max_potential= 0.372312039
0.948207736
no_crywat=
861@@ n_atom=
5881
min/max = -12.927000000000000
43.008000000000003
min/max = -48.764000000000003
6.4470000000000001
min/max = -31.616000000000000
26.285000000000000
xyz= -16.000000000000000-16.000000000000000-16.000000000000000

setwater 制御用入力ファイル作成のコマンドは以下の通りです。テキストエディタで作成してもよいでしょう。
% echo Pro_1.pdb > inp_setwater% echo N >> inp_setwater% echo wat.pdb >> inp_setwater% echo S >> inp_setwater% echo -8.0 >> inp_setwater% echo C >> inp_setwater% echo 1.0 >> inp_setwater% echo 1.0 >> inp_setwater% echo 3 >> inp_setwater% echo Y >> inp_setwater% echo setwater.log >> inp_setwater% echo N >> inp_setwater
確認コマンド% cat inp_setwater
setwater の実行方法は次の通りです。
% ../bin/setwater < inp_setwater
setwater が作成した wat.pdb の内容:
HETATM
1 O
HETATM
2 H1
HETATM
3 H2(中略)
HETATM 94 O
HETATM 95 H1

WAT
WAT
WAT

1
1
1

0.421 -51.084 -29.423 16.00 -0.83
1.035 -50.471 -29.905 1.01 0.42
0.214 -50.495 -28.654 1.01 0.42

WAT
WAT

33
33

16.82416.4998.854 28.904 16.00 -0.83
8.252 28.214 1.01 0.42

26

HETATM
REMARK
REMARK
REMARK
REMARK
REMARK
REMARK
REMARK
REMARK
REMARK
REMARK96 H2 WAT
33
16.015 8.966 29.454 1.01 0.42
SETWATER(v2.0) RESULTS
TARGET MOLECULE -> Pro_1.pdb
CRYSTAL WATER-> NOT USE
CELL->
S 89.607026 89.607026 89.607026
CENTER ->C 12.984611 -22.805681 -1.301643
DENSITY ->1.000000DAMP F. ->1.000000(PROBE R. =1.400000A)NUMBER OF CRYSTAL WATER :0
NUMBER OF WATER MOLECULE : 10032
NUMBER OF WATER ATOM
: 30096

setwaterの出力は水分子のみです。読み込んだタンパク質(とリガンド)のPDBは、出力されませんので、タンパク質（とリガンド）と水の両方を含むファイルを作成するには、次のコマンドを実行します。
% cat Pro_1.pdb wat.pdb > Pro_2.pdb

図 4. setwater で発生させた水分子を配置させた系

setwater で発生させた水分子を配置させた系
タンパク質・リガンド複合体と水分子からなる系(水溶液中のイオンはまだ付加していない)

27

6.9. add_ion の実行
次に、add_ionを使って水溶液中にイオンを発生させます。制御用入力ファイルは、次のように記述します。
inp_add_ion の内容:
Pro_2.pdb
Pro_3.pdb
4
Y
6.0
0.2

このファイルも対話的実行時の入力項目をファイルに保存したものです。対話的実行の出力例を次に示します。各行に記述すべき内容は、この出力例の質問項目を参照してください。
add_ion の対話的実行の出力例:--- addion version 2.002 2014/01/06 --Biomolecule file (input file) name =Pro_2.pdb
ß---(キーボードからの入力項目)
Biomolecule file (output file) name =Pro_3.pdb
ß---(キーボードからの入力項目)
Biomolecule file (input): Pro_2.pdb
Biomolecule file (output): Pro_3.pdb
mode 1:direct inp, 2:minimum , 3 : density
in case 3, 0.00277: normal saline solution
4 : normal saline solution (dencity=0.00277)
4
ß---(キーボードからの入力項目)
Do you want to replace all water?(Y/N)
Y
ß---(キーボードからの入力項目)
Number of atoms (Biomolecule file) =Number of water molecules =Number of atoms in water =Total charge = +2

35623

9914
3

Number of Na+ ions to be added =27
Number of Cl- ions to be added =29
Total charge after couter-ion addition = +0
mol density of Na/Cl = 2.76999990E-03
Exclusion distance =6.0
ß---(キーボードからの入力項目)
Exclusion distance = 6.000
probability of replacing water by ion(value=0.0-1.0: 0.2 is recommended)=
0.2
probability value = 0.200000003
1 ion added(中略)
35 ions added (random)(中略)
56 ions added (random)28

add_ionの制御用入力ファイルの作成は以下のコマンドで行います(テキストエディタ
で作成するのでもかまいません。)% echo Pro_2.pdb > inp_add_ion% echo Pro_3.pdb >> inp_add_ion% echo 4 >> inp_add_ion% echo Y >> inp_add_ion% echo 6.0 >> inp_add_ion% echo 0.2 >> inp_add_ion
確認コマンド% cat inp_add_ion
add_ionは、次のように実行します。
% ../bin/add_ion < inp_add_ion
add_ionの出力は、タンパク質(とリガンド)と水に加えて水中のイオンを含むPDBファ
イルです。

図 5. add_ion の出力ファイルを描画したもの

29

6.10. tplgeneX の実行(2 回目)
前節までで、タンパク質とリガンドと水とイオンを含む系のPDBファイルを準備できました。これは、MDで計算対象とする分子を全て含むものです。この系について、
cosgeneで使用するためのトポロジーファイルを作成するために、tplgeneXを再度実行します。まず、次のように制御用入力ファイルを作成します。
inp_tplgeneX2 の内容:
pdb
C99
Pro_3.pdb
pdb
Pro_4.pdb
Pro_4.tpl
tip3p

このファイルも、tplgeneXを対話的に実行する場合の入力項目を記述したものです。
このファイルは、1回目のtplgeneX実行のために作成したinp_tplgeneと比べて１行多くなっています。水分子が含まれている時には、次の質問が追加されるため、その回答が１つ多くなります。
%% Enter Water Model or the number. %%1: tip3p, 2: tip4p1
ß---(キーボードからの入力項目)

inp_tplgeneX2の別の記述例：
11
Pro_3.pdb1
Pro_4.pdb
Pro_4.tpl
1

今回は低分子化合物を含む系についてのtplgeneXの実行ですので、実行時に低分子化合物のトポロジーファイルを読み込む必要があります。この制御用入力ファイルでは、低分子化合物のトポロジーファイルを指定していませんが、低分子化合物のトポ
ロジーファイルはPro_3.pdbの中に記述されています。Pro_3.pdbに含まれる次の行です。
REMARK ORIGTPL ./lig.tpl

本章の説明通りに、準備作業を行っている場合には問題ありませんが、途中から他のディレクトリで作業をする場合には、低分子化合物のトポロジーファイルもコピーしておかないとtplgeneXの実行時にエラーとなります。次のようなエラーメッセージが出力されます。
ERROR> outputLigandTplMolInfo
File Open Error!
Can not open Lignad topology File, "./lig.tpl".

30

上述の制御用入力ファイル(inp_tplgeneX2)を作成するコマンドは以下の通りです。
% echo pdb > inp_tplgeneX2% echo C99 >> inp_tplgeneX2% echo Pro_3.pdb >> inp_tplgeneX2% echo pdb >> inp_tplgeneX2% echo Pro_4.pdb >> inp_tplgeneX2% echo Pro_4.tpl >> inp_tplgeneX2% echo tip3p >> inp_tplgeneX2
確認コマンド：% cat inp_tplgeneX2
次のコマンドで、2回目のtplgeneXを実行します。
% ../bin/exec_tplgeneX.sh < inp_tplgeneX2
tplgeneX の実行が完了したら、Pro_4.pdb と Pro_4.tpl が作成されていることを確認してください。次のコマンドを実行するとファイルサイズも同時に確認できます。
% ls -l
出力例:-rw-r--r-- 1 username staff 2379322 7 27 03:06 Pro_4.pdb-rw-r--r-- 1 username staff 4066743 7 27 03:06 Pro_4.tpl

ファイルサイズがゼロでない（もしくは小さすぎない）ことを確認してください。この例では、Pro_4.pdbが約2.4MB(2379322バイト)、Pro_4.tplが約4MB(4066743バイト)です。
また、分子が適切に登録されているかを確認するために、Pro_4.tplの先頭から20行程度を確認するとよいでしょう。次のコマンドを実行するとPro_4.tplの先頭から20行を確認できます。
% head -20 Pro_4.tpl
headコマンドはファイルの冒頭からn行を出力するコマンドです。ここでは、第１引数でマイナス記号の後に続く数字で表示する行数を指定しています。”-20”の部分は適当に調整してください。

31

Pro_4.tpl の先頭部分:
TPL> TITLE
This tpl file made by tplgene 2015/07/27 03:06:42
TPL> MOLECULES; NUMBER OF MOLECULES = 10037
pro
Zn
Ca
Na1
lig
tip3p_water
Cl
Na

1
1
1
1
1
9958
29
27

TPL> MOLECULESから始まる部分を見ますと、pro 1となっているのはペプチド鎖が１本であることを示しています。Zn、Caが１個ずつ含まれています。Na1は、タン
パク質内部に結合したナトリウムイオンです。下の方に出てくる水溶液中のカウンタ
ーイオンのNaと区別された表記になっています。lig 1の行から、化合物が１個である
ことが分かります。水分子(tip3pモデルの水分子)が9976 個、Cl(Cl-)が29個、Na(Na+)が27個含まれていることも分かります。setwaterでは10032個の水を用意しましたが、add_ionでイオンを付加した際に、イオンが置かれた場所に存在していた水分子は取り除かれていますので、水分子の数が減少しています。

32

6.11. tpl2capbc の実行
tpl2capbcは、球状に配置した水分子集団(CAP水)の境界情報を用意するコマンドです。同時に、ペプチド鎖の主鎖の重原子(CA, N, C, O)について位置束縛をするための入力ファイルを作成します。次の入力ファイル(inp_tpl2capbc)を用意して下さい。
inp_tpl2capbc の内容:
Pro_4.tpl
wat.pdbcapbc
M_all.res

これも、tpl2capbcを対話的に実行した際の質問項目への回答を記述したものです。
各行の意味は以下の通りです。
[1行目] 対象のトポロジーファイル名[2行目] 水分子のみのPDBファイル名(setwaterの出力ファイル名)[3行目] CAP水の境界情報の出力先ファイル名[4行目] ペプチド鎖主鎖の重原子を位置束縛するための情報の出力先ファイル名

tpl2capbcを対話的に実行した画面を以下に示します。
tpl2capbc を対話的に実行した画面:
input TPL file name
Pro_4.tpl
ß---(キーボードからの入力項目)
input WAT file namewat.pdb
ß---(キーボードからの入力項目)
input CAP file namecapbc
ß---(キーボードからの入力項目)
BOUND> INCLUDE
pro
1
1 YES
Zn
1
1 YES
Ca
1
1 YES
Na1
1
1 YES
lig
1
1 YES
tip3p_water
1
9858 YESCl
1
29 YESNa
1
27 YES
BOUND> CENTER
COORDINATEs
15.0405-21.1585-2.6655
BOUND> RADIUS
44.2508
input POS file name
M_all.resß---(キーボードからの入力項目)
GROUP> LIST
14
1 2000 CA * 1.0 MASS YES
1
4
1 2000 N * 1.0 MASS YES
1
4
1 2000 C * 1.0 MASS YES
1
4
1 2000 O * 1.0 MASS YES
ENDGROUP> STOP

33

上述の制御用入力ファイル(inp_tpl2capbc)を作成するコマンドは以下の通りです。
(テキストエディタで作成してもかまいませんが、以下のものはテキストエディタを使わない作成方法です。)% echo Pro_4.tpl > inp_tpl2capbc% echo wat.pdb >> inp_tpl2capbc% echo capbc >> inp_tpl2capbc% echo M_all.res >> inp_tpl2capbc
確認コマンド：% cat inp_tpl2capbc
tpl2capbcは、次のように実行します。
% ../bin/tpl2capbc < inp_tpl2capbc
これを実行すると、capbcとM_all.resが作成されます。それぞれの内容を以下に示します。このファイル名を、cosgeneの制御用入力ファイルで指定します。
capbc の内容:
BOUND> INCLUDE
pro
Zn
Ca
Na1
lig
tip3p_water
Cl
Na
BOUND> CENTER
COORDINATEs
BOUND> RADIUS
44.2508

1
1
1
1
1
1
1
1
15.0405

1 YES
1 YES
1 YES
1 YES
1 YES
9958 YES
29 YES
27 YES-21.1585-2.6655

M_all.res の内容:
GROUP> LIST
1
4
1
4
1
4
1
4
END
GROUP> STOP

1
1
1
1

2000 CA
2000 N
2000 C
2000 O****

1.0 MASS YES
1.0 MASS YES
1.0 MASS YES
1.0 MASS YES

34

6.12. min.inp の作成
MD計算を実行する前には、まずエネルギー極小化計算を実行します。これは、系におけるひずみ（原子間隔が近すぎたり遠すぎたりしている状況）を補正するためです。
エネルギー極小化計算もcosgeneで行うことができます。ここでは、エネルギー極小化計算をcosgeneで行うための制御用入力ファイル(min.inp(ファイル名は任意))を作成
します。cosgeneの制御用入力ファイルは行数が多いので、echoコマンドを打ち込んで実行することは困難です。テキストエディタで編集する方法が適切です。一から入力するのではなく、サンプルの入力ファイルを編集すると良いでしょう。
cosgene_pack/sample/の下に、サンプルのmin.inpを用意していますので、ここでは、それをコピーして使用することにします。次のコマンドでコピーします。
% cp ../sample/min.inp .
min.inp の例:
EXE> INPUTTOPOLOGY=
COORDINA=REFCOORD=POSITION=
SETBOU=
QUIT
EXE> MINIMETHOD=LOOPLI=MONITO=CUTMET=DIEFUN=CALPSR=CALCAP=

FORM
PDB
PDB
READ
READ

STEEP
500
100
RESA
CONS
CALC
CALC

QUIT
EXE> OUTPUT
COORDINATE= PDB
QUIT
EXE> END

NAMETO=NAMECO=NAMERE=NAMEPO=NAMEBO=

Pro_4.tpl
Pro_4.pdb
Pro_4.pdb./M_all.res./capbc

CPUTIM=
360000.0
UPDATE=
20CONVGR=
0.001D0
CUTLEN=
10.0D0DIEVAL=
1.0D0
WETPSR=
1.00
FORCAP=
10.0

NAMECO=

Pro_4_min.pdb

読み込むファイルの名前が間違っていないかを確認してください。
計算時間に影響するパラメーターは、LOOPLI です。このサンプルファイルでは、
テスト計算を短時間で完了するために、計算のステップ数(LOOPLI=500)を小さくしています。実際の計算では、適切な値を使ってください。適切な値は、系の大きさによっても異なります。最初は少し小さめ(LOOPLI=10000 程度)で実行してみて、 極小化の終盤でほとんどエネルギーの減少がほぼ無くなっていればそれで OK とし、そうでなければ LOOPLI を大きくしてから再計算をするとよいでしょう。MONITO で計算途中の情報(エネルギー等)をレポートする間隔を調整します。cosgene の出力か35

ら、ステップ数とエネルギーの情報を抽出してグラフ化するとエネルギーの下がり具
合を視覚的に確認がしやすいです。

6.13. cosgene の実行(エネルギー極小化)
cosgene制御用入力ファイルが準備できたら、次のコマンドでcosgeneを実行します。
% ../bin/cosgene < min.inp > min.out &コマンドの末尾に&をつけると、バックグラウンドで計算を行います。cosgene を使った計算は比較的時間がかかります。min.out に計算の状況が逐次書き込まれています
ので、計算が問題なく進んでいるか確認してください。次のコマンドで min.out の末
尾を出力するといいでしょう。
% tail min.out
tail コマンドは、ファイルの末尾から n 行を出力するコマンドです。指定しない場合には末尾から 10 行を出力します。行数を指定する場合には、ハイフンに続いて行数を指定します。
行数を指定した例:% tail -20 min.out
持続的にファイルの末尾を監視するには、次のコマンドを使います。
% tail -f min.out
このコマンドはファイルが更新される度に、ファイルの末尾を新しく出力します。このコマンドを終了するには、Ctrl+cを押してください。

計算の終了は、min.out の末尾に、以下のように”Job has finished.”が記録されているかどうかで判断できます。
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ INFORMATION> cosgene(13/01/17)++
Job has finished.
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++CPU TIME FOR TOTAL:

147.8713 (S)

計算の終了は、エネルギー極小化した構造の PDB ファイル(Pro_4_min.pdb, min.inpの中で指定)が作成されているかどうかでも判断できます。

36

6.14. SHAKEinp の実行
MD計算を効率的に実行するために、SHAKE法による原子束縛の設定情報を作成します。SHAKE法は、原子間距離が一定になるように拘束する計算方法です。ここでは、水素原子を含む結合だけをエネルギー極小化後の長さに拘束します。これにより、MD計算を効率的に実行できます。この設定情報を作成するためのプログラムは
SHAKEinpです。SHAKEinpの制御用入力ファイルを以下の内容で用意します。
inp_shake の内容:
Pro_4.tpl
Pro_4_min.pdb
shake_inp
yes

このファイルも対話的実行をする場合の入力項目を記述したものです。SHAKEinp を
対話的に実行した画面を以下に示します。実行画面を見ると分かるように inp_shakeの各行の意味は以下の通りです。
[1行目] 読み込むトポロジーファイル名[2行目] 読み込むPDBファイル名[3行目] 出力ファイル名[4行目] TIP3Pの水分子モデルを使用するか(yes/no)

SHAKEinp を対話的に実行した際の画面:***************************************************SHAKEinp****
Mar 11, 2014***************************************************
Please input TPL filename.
Pro_4.tpl
Please input PDB filename.
Pro_4_min.pdb
Please input SHAKE filename.
shake_inp
INFORMATION>
H2O was detected.
Do you want to use TIP3P model?[yes/no]
yes
INFORMATION> toolWriteTip3p
The file "tip3_shk.model" does not exist in the current directory.
Information given by the system is used for the Tip3p model.
%% Program is done. %%%% This program is normal end. %%37上述の制御用入力ファイル(inp_tpl2capbc)を作成するコマンドは以下の通りです。
(テキストエディタで作成してもかまいませんが、以下のものはテキストエディタを使わない作成方法です。)% echo Pro_4.tpl > inp_shake% echo Pro_4_min.pdb >> inp_shake% echo shape_inp >> inp_shake% echo yes >> inp_shake
確認コマンド：% cat inp_shake
SHAKEinpは次のコマンドで実行します。
% ../bin/SHAKEinp < inp_shake38

6.15. md.inp の作成
前節までで、MD計算の準備がほとんど整いました。残された準備は、MD計算用の制
御用インプットファイルの作成のみです。min.inpの作成と同様に、このインプットフ
ァイルも行数が多いので、サンプルファイルを修正して使用するとよいでしょう。
cosgene_pack/sample/にサンプルのmd.inpを用意してありますので、次のコマンドでコピーして使用します。
% cp ../sample/md.inp .
md.inp の内容:;
EXE> INPUTTOPOLOGY=
COORDINA=REFCOORD=
SETSHAKE =SETBOU=POSITION=
QUIT
EXE> MDLOOPLI=SETTIM=
UPDATE=TIMEST=
OUTTRJ=OUTLOG=LOGFOR=

FORM
PDB
PDB
READ
READ
READ

NAMETO= Pro_4.tpl
NAMECO= Pro_4_min.pdb
NAMERE= Pro_4.pdb
NAMESH = shake_inp
NAMEBO= ./capbc
NAMEPO= ./M_all.res

500
500000.0D0
20
2.0D0
50
50
DETA

CPUTIM= 36000000.0D0

METHOD=SETTEM=
INITIA=
STARTT=RANDOM=SHAKEM=CANONICAL
310.0D0
SET
310.0D0
254341HBONRESTARt=
NAMERO=NO
restart_1.rst

MNTRCO=OUTCOO=NAMECO=

SING
5
traject_0.cor

TEMPCO=BESTFI=YESYESCALPSR=CALCAP=
FORCAP=CUTMET=DIEFUN=CALC WETPSR=
0.1
CALC
10.0
; FUKCAP = 150.0D0
RESA
CONS

CUTLEN= 12.0D0
DIEVAL= 1.0D0; FMM
USEFMM=YES
FMMSPD= HIGHFMTREE=
4FMPOLE=
6

39

CALCMM=CALV15=CALHYD=CALV5N=CALH5N=
QUIT
EXE> MDLOOPLI=SETTIM=
UPDATE=TIMEST=
OUTTRJ=OUTLOG=LOGFOR=NOCALCCALCNOCALCNOCALCNOCALCCALE15=CALC

CALE5N=NOCALC500
500000.0D0
20
2.0D0
50
50
DETA

CPUTIM= 36000000.0D0

METHOD=CANONICALSETTEM=
310.0D0
INITIA=
SET
STARTT=
310.0D0
RANDOM=
654321SHAKEM=HBON
STOPCE= BOTHRESTARt=
NAMERI=NAMERO=

YES
restart_1.rst
restart_2.rst

MNTRCO=OUTCOO=NAMECO=

SING
5
traject_1.cor

BESTFI=YESCALPSR=CALCAP=
FORCAP=CUTMET=DIEFUN=CALC WETPSR=
CALC
10.0
RESA
CONS

0.01

CUTLEN= 12.0D0
DIEVAL= 1.0D0; FMM
USEFMM=YES
FMMSPD= HIGHFMTREE=
4FMPOLE=
6
CALCMM=
NOCALCCALV15=CALCCALHYD=NOCALCCALV5N=NOCALCCALH5N=NOCALC
QUIT
EXE> OUTPUT
COORDINATE= PDB
QUIT
EXE> END
exit

CALE15=CALC

CALE5N=NOCALCNAMECO=

Pro_4_md_1.pdb

40

md.inpでは、EXE> MDのブロックが２つあります。このように、１回のMD計算の実行で、２つの異なる計算条件を設定することができます。エネルギー極小化をしていても、MD開始直後には、まだひずみが残っていて分子の挙動が非常に不安定で異常な振る舞いをする可能性があります。第１のMD計算では、主にこのひずみを取ることを目的としたMD計算を行います。このような計算を緩和計算/平衡化計算と呼びます。十分に系を緩和させた後で、第2のMD計算を実行して、この結果を解析対象とします。
LOOPLI:(Loop limit) MD シミュレーションのループ回数
SETTIM:(Set time limit) シミュレーション時間の上限(ps)
CPUTIM:(CPU time limit) CPU 時間での上限(秒)UPDATE: 相互作用テーブルの更新頻度
TIMEST: (Time step) タイムステップ(fs)
OUTTRJ: トラジェクトリを保存するステップ間隔
OUTLOG:計算結果出力をする MD ステップの回数
LOGFOR:(Log format) 出力形式(SHOR(Short), DETA(Detail))
METHOD:(Method) アンサンブルの発生方法 (MIC: Micro-canonical,CANO: Canonical 等)
SETTEM:(Set temperature) 系の目標温度(K)
INITIA:(Initial velocity) 初期速度の設定に仕方(ZER0, SET)STARTT:(Start temperature) 初期温度の平均値(K)RANDOM:(Random seed) 速度分布を得るための乱数のシード
RESTAR:(Restart) リスタートの設定(YES, NO)
NAMERI: 読み込むリスタートファイルの名前
NAMERO: 書き出すリスタートファイルの名前
MNTRCO:(Monitor coordinate) 座標トラジェクトファイルの形式
OUTCOO:(Output coordinate) 座標トラジェクトリの出力タイミング
NAMECO:(Name coordinate) 座標トラジェクトリのファイル名

cosgene制御用入力ファイルの記述方法については、”cosgene USER MANUAL”に詳しく書かれていますので、そちらを参照してください。

41

6.16. cosgene の実行(MD)次のコマンドでMD計算を開始します。
% ../bin/cosgene < md.inp > md.out &極小化の時と同様に、tailコマンドを使って計算が問題なく進んでいるかチェックしてください。MD 計算の進行状況を確認するのには、次のコマンドも役に立ちます。
% grep LOOP md.out
grep の出力例(計算が完了した例):
LOOP LIMIT:500
LOOP LIMIT:
1000
HEATLOOP STEPS :0
MOLECULAR DYNAMICS LOOP START
MD LOOP NUMBER:
50 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
100 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
150 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
200 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
250 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
300 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
350 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
400 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
450 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
500 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
501 TIME (PSEC)MD LOOP:296.25635
LOOP LIMIT:500
LOOP LIMIT:
1000
HEATLOOP STEPS :0LAST MD LOOP:
500
MD LOOP NUMBER:
501 TIME (PSEC)
MOLECULAR DYNAMICS LOOP START
MD LOOP NUMBER:
550 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
600 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
650 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
700 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
750 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
800 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
850 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
900 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
950 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
1000 TIME (PSEC)MD LOOP NUMBER:
1001 TIME (PSEC)MD LOOP:313.83679

42

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

0.10000
0.20000
0.30000
0.40000
0.50000
0.60000
0.70000
0.80000
0.90000
1.00000
1.00200:

1.00200

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

1.10000
1.20000
1.30000
1.40000
1.50000
1.60000
1.70000
1.80000
1.90000
2.00000
2.00200

6.17. 解析
MD計算が終了したら、MDのトラジェクトリーについて解析を行います。解析については、” cosgene USER MANUAL”を参照してください。

43

7. 発展
本マニュアルでは、基本的なMD計算の準備方法・計算開始方法について説明しました。実際に、より長いMD計算を実行するためには、複数の計算機コアを同時に使用
して高速に計算を実行するcosgene_MPIを使用します(もしくは、GPUを使う
psygene-Gを使用します。cosgene_MPIのコンパイル、および、実行方法は、計算機環境に依存します。cosgene_MPIを使用する場合でも、入力ファイルは同じですの
で、入力ファイルの準備およびテストは、本マニュアルの手順に沿って行うと良いと思います。LSFやSun Grid Engine等のジョブスケジューラーを使用する環境では計算ジョブの投入方法についても確認する必要があります。計算ジョブの投入方法は、計算機環境毎に異なりますので、計算ジョブ投入方法を確認するには、計算機システ
ムの使用マニュアルを参照する、もしくは、管理者に聞く必要があります。

44

8. ツールプログラムについての説明
cosgene_pack に含まれるツールプログラムの一部について説明します。cosgene,tplgeneX, tplgeneL, Hgene, pdbcheck については、それぞれのマニュアルがあります
ので、そちらを参照してください。

lget_pdb_info.pl
このプログラムは、PDB ファイルに含まれる分子についての情報を出力します。
ドッキングに使用する分子、使用しない分子を選択する際に参考にします。引数で与えた PDB ファイルを解析し、以下の内容をレポートします。
Ø

ヘッダーにおける SSBOND 行

Ø

ペプチド鎖の数と各 ID

ØHETATM から始まる行に出現する残基名とその種類の数

使用方法:% (パス)/get_pdb_info.pl (pdb ファイル名)
使用例(P10 参照):
% ../bin/get_pdb_info.pl 4HP0.pdb
出力例:
SSBOND information:
SSBOND 1 CYS A
6SSBOND 2 CYS A 30
SSBOND 3 CYS A 64
SSBOND 4 CYS A 76

CYS A 127
CYS A 115
CYS A 80
CYS A 94

1555
1555
1555
1555

1555
1555
1555
1555

2.04
2.07
2.05
2.04

No of peptide chain:1
Chain ID 1: A
No of ligand name:3
Ligand name 1: NOJ
Ligand name 2: NAG
Ligand name 3: HOH

このレポートから、以下のことが分かります。4HP0.pdb には、
Ø

SSBOND 行も含まれているØ

ペプチド鎖は A 鎖のみØ

HETATM 行から始まる行に登場する残基名の種類は３種類で、それらは、
NOJ, NAG, HOH

45

lselect_chain.pl
このプログラムは、PDB ファイルの中から特定の鎖 ID を持つものを標準出力に出力します。
使用方法:% select_chain.pl (鎖の ID) (入力 PDB ファイル名) > (出力 PDB ファイル名)
使用例(P12 参照):
% ../bin/select_chain.pl A 2PU2.pdb > 2PU2_1.pdb

lselect_res.pl
このプログラムは、PDB ファイルの中から特定の残基名のものを標準出力へ出力
します。
使用方法:
% select_res.pl (残基名に記述された ID) (入力 PDB ファイル名) > (出力 PDB ファイル名)
使用例(P12 参照):
% ../bin/select_res.pl DK2 2PU2.pdb > point.pdbldel_res.pl
このプログラムは、PDB ファイルの中から特定の残基名のものを削除し、残りを標準出力へ出力します。
使用方法:% del_res.pl (残基名に記述された ID) (入力 PDB ファイル名) > (出力 PDB ファイル名)
使用例(P12 参照):
% ../bin/del_res.pl DK2 2PU2.pdb > tmpDel_DK2_2PU2.pdb

46lexec_tplgeneX.sh(P.21 参照)
このプログラムは、tplgeneX を実行するためのプログラムで、tplgeneX を実行する前に、環境変数 TPL_DB_PATH を、このスクリプトプログラム内で設定します。
プログラムの中身は以下の通りです。
exec_tplgeneX.sh:#!/bin/bash# 2018/1/18
tplgeneX=tplgeneX180118
DIR=$(cd $(dirname $0); cd ..; pwd)
echo $DIR
export PATH=$DIR/bin:$PATH
export TPL_DB_PATH=$DIR/src/${tplgeneX}/tplgeneX/DB
echo "TPL_DB_PATH:$TPL_DB_PATH"
which tplgeneX
tplgeneXl

exec_tplgeneL.sh(P.18 参照)
このプログラムは、tplgeneL を実行するためのプログラムで、tplgeneL を実行する前に、環境変数 TPLL_DB_PATH を、このスクリプトプログラム内で設定します。プログラムの中身は以下の通りです。
exec_tplgeneL.sh:#!/bin/bash# 2020/8/12
tplgeneL=tplgeneL200118
DIR=$(cd $(dirname $0); cd ..; pwd)
echo $DIR
export PATH=$DIR/bin:$PATH
export TPLL_DB_PATH=$DIR/src/${tplgeneL}/src/tplgeneL/tplgeneL/DB
echo "TPLL_DB_PATH:$TPLL_DB_PATH"
which tplgeneL
tplgeneL47

9. 参照文献[1] 神谷成敏・肥後順一・福西快文・中村春木, タンパク質計算科学 ―基礎と創薬への応用―, 共立出版, 2009 年 8 月[2] PDB チェックツール設計書.doc[3] PDB チェックツール操作説明書.doc

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