創薬支援アプリ(ISLiMソフトウェア)講習会 ２０１5年9月1日
理化学研究所 東京事務所,
公益財団法人都市活力研究所

REIN-K講習会
実習手順書
宮下 尚之
近畿大学 生物理工学部
理化学研究所生命システム研究センター

理化学研究所

計算科学研究機構

実習手順書SCLS FX-10での実習手順書

各自のPCにダウンロード
http://www.islim.org/islim-dl̲j.html

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your@e-mailyour@e-mailrein-v.1.0.4.tarをscls fx10へコピー$ scp rein-v.1.0.4.tar.gz hoge@hpci-scls.riken.jp:.
rein-v.1.0.4.tarを展開$ tar -zxvf rein-v.1.0.4.tar.gz$ cd rein-v.1.0.4[miya@scls rein-v.1.0.4]$ ls
AUTHORS.md COPYING README_v.1.0.4.md[miya@scls rein-v.1.0.4]$

examplesmanualnotes_v1.0.4.md

reinのコンパイル$ cd src[miya@scls src]$ ls
Makefile Makefile.lib[miya@scls src]$

archconfigure.shliblibmarble

libnamd

main

src

tools

update_v.1.0.4.md

reinのコンパイル続き$ sh conﬁgure.sh sparc k.openmp[miya@scls src]$ ls
Makefile Makefile.comp[miya@scls src]$

Makefile.lib

Makefile.machinearchconfigure.shliblibmarble

libnamdmain$ make[miya@scls src]$ ls
MakefileMakefile.lib
Makefile.comp Makefile.machine[miya@scls src]$

archconfigure.shlib
libmarble

libnamdmain

rein_k_openmp$ make install$ cd ..
[miya@scls rein-v.1.0.4]$ ls
AUTHORS.md COPYING README_v.1.0.4.md[miya@scls rein-v.1.0.4]$$ ls bin[miya@scls rein-v.1.0.4]$ ls bin
rein[miya@scls rein-v.1.0.4]$

bin

examplesmanualnotes_v1.0.4.md

src

tools

update_v.1.0.4.md

サポーティングソフトウエアのコンパイル$ cd tools[miya@scls tools]$ ls
Makefile arch auto_submitter[miya@scls tools]$

batch_builder

configure.sh

input_builder

lib

remd_converter$ sh conﬁgure.sh x86̲64 gfortran[miya@scls tools]$ sh configure.sh x86_64 gfortran[miya@scls tools]$ ls
Makefile Makefile.machine arch auto_submitter batch_builder[miya@scls tools]$

configure.sh

input_builder$ make$ make install$ cd ..
$ ls bin[miya@scls rein-v.1.0.4]$ ls binbatch_builder input_builder rein[miya@scls rein-v.1.0.4]$

remd_convert

templates

全てrein-v.1.0.4/binに格納されるlib

remd_converter

templatesには様々な設定のテンプレートが入っている[miya@scls rein-v.1.0.4]$ ls bin/templates/
t_archive.sht_batch_ricctar
t_namd.inp
t_batch_fx10
t_marble.inp
t_namd_colvar_ang
t_batch_ge
t_marble_atom_ht_namd_colvar_dih
t_batch_kt_marble_copyfiles t_namd_colvar_dis
t_batch_nostfx10 t_marble_groupt_namd_copyfiles
t_batch_ricc
t_marble_group_ht_namd_harmonict_batch_ricc_upc t_namd.colvar
t_rein.inp[miya@scls rein-v.1.0.4]$

t_rein_axis.inp
t_reininp_modify
t_restart_ge
t_restart_kt_restart_nostfx10
t_restart_num
t_restart_ricc

t_restart_ricc_upc
t_restart_ricctar
t_staging_k_marble
t_staging_k_namd
t_staging_ricc_namd
t_staging_ricctar_namdt̲batch : バッチキューのテンプレート• t̲marble, t̲namdなど : それぞれのMDのインプットのテンプレート• t̲rein : reinの基本設定• t̲restart : リスタート時の動作ルール• t̲staging : スパコンなどで、ファイル転送がある場合•の転送ルールを記載

例題を試すexamplesにalanine dipeptideの例が格納されている
remd: 温度レプリカ交換
reus: end-to-end距離のレプリカ交換
mrem: 温度とend-to-end距離の二次元のレプリカ交換

シミュレーションの準備$ cd examples/remd/namd[miya@scls namd]$ ls
bb.inpbb.inp.ricctar
bb.inp.nostfx10 ib.inp[miya@scls namd]$

ib.inp.nostfx10
ib.inp.ricc

initial.coor
initial.pdb

initial.psf
initial.vel

initial.xsc
par_all27_prot_lipid.prm

rein

ツールを全てコピーする$ cp -r ../../../bin/* .
#必要なプログラムをコピー$ cp /home/miya/bin/namd2 . # namd2をコピー[miya@scls namd]$ ls
batch_builder
bb.inp.ricctar
bb.inpib.inpbb.inp.nostfx10 ib.inp.nostfx10[miya@scls namd]$

ib.inp.ricc
initial.coor
initial.pdb

initial.psf
initial.vel
initial.xsc

input_builder
namd2
par_all27_prot_lipid.prm

rein
remd_convert
templatesInput builderによるreinのインプット作成$ ./input̲builder ib.inp.nostfx10[miya@scls namd]$ ls
batch_builder
file_coef.dbb.inpfile_ex.dbb.inp.nostfx10 file_on.dbb.inp.ricctar
file_rank.d
file_axis_ex.d
file_value.d

ib.inpib.inp.nostfx10
ib.inp.ricc
initial.coor
initial.inp

initial.pdb
initial.psf
initial.vel
initial.xsc
input_builder

namd2
par_all27_prot_lipid.prm
rein
rein.inp
remd_convert

rep.1
rep.2
rep.3
rep.4
rep.5

rep.6
rep.7
rep.8
templates

それぞれのレプリカのディレクトリ(rep.#)とreinのインプットファイル(ﬁle̲xx.d, rein.inp)、MDのテンプレート(initial.inp)が自動生成される。

batch builderによるreinのインプット作成$ ./batch̲builder bb.inp.nostfx10[miya@scls namd]$ ls
batch_builder
file_coef.dbb.inpfile_ex.dbb.inp.nostfx10 file_on.dbb.inp.ricctar
file_rank.d
file_axis_ex.d
file_value.d[miya@scls namd]$

ib.inpib.inp.nostfx10
ib.inp.ricc
initial.coor
initial.inp

initial.pdb
initial.psf
initial.vel
initial.xsc
input_builder

namd2
par_all27_prot_lipid.prm
rein
rein.inp
rein.shremd_convert
rep.1
rep.2
rep.3
rep.4

rep.5
rep.6
rep.7
rep.8
templatesreinの実行$ pjsub rein.shjobの状態チェック$ pjstat[miya@scls namd]$ pjstat
ACCEPT QUEUED
00s00
JOB_ID
14306

STGIN
00

JOB_NAME
rmd2

READY RUNING RUNOUT STGOUT
01000100
MD ST USERNM RUN miya

START_DATE
02/25 15:45:52

HOLD00ERROR00TOTAL
11ELAPSE_LIM NODE_REQUIRE
0000:20:00 10$ pjstat -Ajobの出力状態チェック$ pjcat -o #jobnumber$ pjstat -e #jobnumber

[miya@scls namd]$ pjstat
ACCEPT QUEUED
00s00STGIN
00

READY RUNING RUNOUT STGOUT
00000000[miya@scls namd]$ ls
batch_builder
file_ex.dbb.inpfile_on.dbb.inp.nostfx10 file_out_coef.dbb.inp.ricctar
file_out_rank.d
file_axis_ex.d
file_rank.d
file_coef.d
file_value.d[miya@scls namd]$ib.inpib.inp.nostfx10
ib.inp.ricc
initial.coor
initial.inp
initial.pdb

HOLD00

ERROR
00

TOTAL
00

initial.psf
initial.vel
initial.xsc
input_builder
namd2
par_all27_prot_lipid.prm

rein
rein.inp
rein.shremd_convert
rep.1
rep.2

rep.3
rep.4
rep.5
rep.6
rep.7
rep.8

replica.trj
rmd2.e14306
rmd2.i14306
rmd2.o14306
templatesbatch builderによるデータ処理と、次のインプット作成$ ./batch̲builder bb.inp.nostfx10 restart[miya@scls namd]$ ls
batch_builder
file_ex.dbb.inp
file_on.dbb.inp.nostfx10 file_rank.d
bb.inp.ricctar
file_value.d
file_axis_ex.d
ib.inpfile_coef.d
ib.inp.nostfx10[miya@scls namd]$

ib.inp.ricc
initial.coor
initial.inp
initial.pdb
initial.psf
initial.vel

initial.xsc
input_builder
namd2
par_all27_prot_lipid.prm
rein
rein.inp[miya@scls namd]$ ls results/result0000001_0000010[miya@scls namd]$ ls results/result0000001_0000010/
file_axis_ex.d file_ex.d file_out_coef.d file_rank.d
file_coef.d
file_on.d file_out_rank.d file_value.d[miya@scls namd]$

再度reinの実行$ pjsub rein.shrein.inp
rein.sh

rep.1
rep.2

rein.shremd_convert
rep.1
rep.2
rep.3
rep.4

rep.3
rep.4

rep.5
rep.6

rep.5
rep.6
rep.7
rep.8
resultsrmd2.e14306

rep.7
rep.8

rmd2.i14306
rmd2.o14306
templates

replica.trj

トラジェクトリの整理$ ./remd̲convert -h ctrl > rc.inp
rc.inpファイルの変更# control parameters in remd_convert[INPUT]
psffilereffiletrj_format= initial.psf= initial.pdb= DCD

directory001
directory002
directory003= ./results/result0000001_0000010= ./results/result0000011_0000020= ./results/result0000021_0000030

repeat001= 3

trj_filename001
energy_trj001= rep.{rep_no}/rep.{rep_no}.{step}.dcd= replica.trj

energy_column=# (DCD/MARBLE/PDB)（→ 1に変更）# column of output energy, ex. = 1 2-4, empty: all column[OUTPUT]
out_pdbfile
trj_filename
trj_format= out.pdb= out.{type}.{number}.{extension}= DCD# (DCD/MARBLE/AMBER/TINKER/PDB/GROMACS)[CONVERT]
typerank= REPLICA=# (REPLICA/CONDITION)# ex. = 1 2-8, empty: output all rankremd̲convertの実行$ ./remd̲convert rc.inp[miya@scls namd]$ ls
batch_builder
ib.inpbb.inpib.inp.nostfx10
bb.inp.nostfx10 ib.inp.ricc
bb.inp.ricctar
initial.coor
file_axis_ex.d
initial.inp
file_coef.d
initial.pdb
file_ex.dinitial.psf
file_on.d
initial.vel
file_rank.d
initial.xsc
file_value.d
input_builder[miya@scls namd]$

namd2
out.pdb
out.replica.1.crdtrj
out.replica.1.enetrj
out.replica.2.crdtrj
out.replica.2.enetrj
out.replica.3.crdtrj
out.replica.3.enetrj
out.replica.4.crdtrj
out.replica.4.enetrj

out.replica.5.crdtrj
out.replica.5.enetrj
out.replica.6.crdtrj
out.replica.6.enetrj
out.replica.7.crdtrj
out.replica.7.enetrj
out.replica.8.crdtrj
out.replica.8.enetrj
par_all27_prot_lipid.prm
rc.inprein
rein.inp
rein.shremd_convert
rep.1
rep.2
rep.3
rep.4
rep.5
rep.6

rep.7
rep.8
resultsrmd2.e14306
rmd2.i14306
rmd2.o14306
templates

out.replica.#.crdtrj : replicaのdcd ﬁleout.replica.#.enetrj : energyなどのトラジェクトリ
番号はレプリカ。更に、[CONVERT] typeを”REPLICA”から”CONDITION”に変更するとコンディションに対するトラジェクトリが得られれる。これらのデータから様々な解析ができる。

是非、VMDなどの画像ソフトウェアを使って動画などを見て下さい。

PCでの簡単な実行例
no spawn option
３レプリカの場合<ib.inp>
rein_input= rein.inp
spawn = noopenmp_rein = yes# rein input file name

$ ./input_builder ib.inp > ib.out

インストール$ cd src$ ./configure.sh x86_64 gfortran local$ make; make install$ cd ../tools$ ./configure.sh x86_64 gfortran$ make; make install

必要なファイルのコピー$ cd ../../test$ cp -r ../rein/bin/* .
$ cp ../rein/example/input/namd/*
予めバイナリ形式のNAMDをnamd ディレクトリへダウンロード$ cp ../namd/Linux_x86_64/namd2 .
$ cp ../namd/Linux_x86_64/charmrun .

<bb.inp>
rein_input= rein.inp# REIN input file namespawn = noopenmp_rein = yes[BATCH]
batchfile_name= rein.sh
job_scheduler= GE
queue_name= all.qnum_threads_md=1
num_mpiproc_md=1
cpu_time= 01:00:00num_core_cpu=1
num_mpiproc_rein=3$ ./batch_builder bb.inp > bb.out$ sh ./rein.sh > rein.out1 &$ ./batch_builder bb.inp restart > bb.out2$ sh ./rein.sh > rein.out2 &参考情報

replicaの温度 generator
Van Der Spoel
http://folding.bmc.uu.se/remd/

WHAM: Alan Grossﬁeld
http://membrane.urmc.rochester.edu/content/wham

Potential Mean Force(PMF):
We also自由エネルギーを反応座標に沿って記述したもの
have compared RETUNE and the results with theREMD simulations
intherealsystem.
確率密度分布と関係がある
We had checked the convergence and the number of tunneling events
PMF(x)=-kTln(P(x))
B
difference between 1D and 2D REMD, using tri-alanin system withimplicit (GBSW) solvent model.

確率密度分布はサンプリングから得られる

Red(REMD): !
1D-16 replicas-T-REMD!
!
Blue(REUS2): !
2D-4 x 4 (16) replicas!
REUS-T-REMD

Exchange steps: 50,000!
Exchange: every 400 ps