タンパク質構造表現の内部座標から直交座標への高性能変換

High-performance transformation of protein structure representation from internal to Cartesian coordinates.

• Mahsa Bayati
• Miriam Leeser
• Jaydeep P Bardhan

抄録

高分子分子の内部座標をデカルト座標に変換するための高度に並列なアルゴリズムを提示する。従来、高分子（タンパク質など）の内部座標から直交座標への変換は、高分子鎖に沿って固有の線形依存性があるため、逐次的に実行されてきた。我々は、セグメント間の座標変換をツリーベースで連結することで、この依存性を除去し、グラフィックス処理装置（GPU）上で効率的に並列化できることを示している。この変換アルゴリズムは、タンパク質工学や実験データへのタンパク質構造のフィッティングなどに応用可能であり、GPUでの並列処理では、CPUでのシリアル処理と比較して桁違いの高速化が見られる。

We present a highly parallel algorithm to convert internal coordinates of a polymeric molecule into Cartesian coordinates. Traditionally, converting the structures of polymers (e.g., proteins) from internal to Cartesian coordinates has been performed serially, due to an inherent linear dependency along the polymer chain. We show this dependency can be removed using a tree-based concatenation of coordinate transforms between segments, and then parallelized efficiently on graphics processing units (GPUs). The conversion algorithm is applicable to protein engineering and fitting protein structures to experimental data, and we observe an order of magnitude speedup using parallel processing on a GPU compared to serial execution on a CPU.

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