2次構造を単位とした蛋白質の分子動力学シミュレーション

• Project/Area Number: 09261234
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: 猿渡 茂 北里大学, 理学部, 助教授 (00265729)
• Project Period (FY): 1997
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1997)
• Budget Amount: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 1997: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 分子動力学 / 2面角 / 内部座標 / ディスタンス・ジオメトリ / ロボット工学 / NMR

Research Abstract

蛋白質立体構造の構築原理を理解するのに有効な手法として、2次構造を基にして3次構造を組み立てていこうとする考え方がある。分子の立体構造を記述する変数を2面角のような分子の内部座標に採ると、2次構造のような局所構造を固定することは容易である。われわれはこれまで、タンパク質を中心とした鎖状高分子の立体構造を、二面角を変数として計算するためのプログラム(FEDER/2)を開発してきた。本研究では先ず、ロボット工学の分野で開発されてきた"関節でつながれている剛体"の動力学のアルゴリズムを二面角座標系での鎖状分子の分子動力学に応用してFEDER/2に取り込み、新たにFEDER/3としてプログラムを整備した。次に、NMR-Distance Geometry計算において2次構造を固定する場合、固定しない場合それぞれの性能をテストした。
BPTIのX線構造(5PTI)において4A以内にある1060個の水素原子ペアを距離制約条件としてランダムな初期構造からランダムに初速度を与えて分子動力学によるアニーリングを行った。以前に行ったニュートン法による可変目的関数(Variable Target Function)法に比べて、高い割合で正しい構造に近い制約条件のviolationの小さな構造が得られた。ALL-αタイプの蛋白質である434リプレッサー(1R69)のα-ヘリックス中のすべての主鎖の2面角を固定して、α-ヘリックス全体を1つの剛体としたDistance Geometry計算を行った。X線構造で3A以内にある27個のlong range NOEを制約条件としただけでも、得られた構造とX線構造との差異はRMSDで4A以下であった。この結果は2次構造が解っていればこの程度の数の制約条件で蛋白質のglobal foldが一意的に求められることを意味している。実際の立体構造決定では、こうして蛋白質の大体の構造が分かるといままで化学シフトが重なっていて帰属できなかったNOEが新たに制約条件として使えるようになり、さらに構造の精密化が行えると期待される。