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分子モーターの動作機構のマルチスケールな解析 : 全原子・粗視化シミュレーション

Research Project

Project/Area Number 09J07737
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biophysics
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

岡崎 圭一  早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2011: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2010: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords分子モーター / 粗視化シミュレーション / 全原子シミュレーション / マルチスケール / 分子動力学計算 / アクトミオシン / F_1-ATPase / 粗視化モデル / タンパク質間結合 / 分子動力学 / 分子シミュレーション
Research Abstract

分子モーターの階層的なダイナミクスを全原子・粗視化シミュレーションを駆使して解析して、その動作機構を明らかにするという研究目的の中で、最終年度である本年度は、アクトミオシンの弱結合状態の粗視化シミュレーションのまとめと強結合状態の全原子シミュレーション、F_1-ATPaseの回転メカニズムに関する全原子シミュレーションを行った。
まず、アクトミオシンに関しては、デバイ-ヒュッケル型静電相互作用を用いた粗視化モデルで、弱結合状態のシミュレーションを行って、解離定数の塩濃度/温度依存性や弱結合状態の複合体構造を調べた結果を論文にまとめて投稿した。また、強結合状態に関しては、アクチン3量体+ミオシンの系で、溶媒を陰に考慮したモデルで全原子シミュレーションを引き続き行った。
次に、F_1-ATPaseに関しては、ATP加水分解後のリン酸解離と共役した回転子γサブユニットの40度回転のステップに注目をして、γサブユニットの回転が引き起こすαβサブユニットの構造変化と、リン酸解離の回転角依存性のメカニズムを全原子シミュレーションにより解析した。具体的には、γサブユニットに拘束をかけて回転させてやり、各回転角度で緩和シミュレーションを行って、γサブユニットの回転が引き起こすαβサブユニットの構造変化を観察した。その結果、αβ界面の構造変化を見いだした。また、リン酸解離の回転角依存性を定量的に調べるため、熱力学積分法を用いた結合自由エネルギー計算を行った。この研究は、アメリカ国立衛生研究所のHummer博士のもとに約10ヶ月間研究留学して、ディスカッションを重ねた結果、可能になった。

Report

(3 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2012 2011 2010 2009

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] CafeMol : A coarse-grained biomolecular simulator for simulating proteins at work2011

    • Author(s)
      Hiroo Kenzaki, Nobuyasu Koga, Naoto Hori, Ryo Kanada, Wenfei Li, Kei-ichi Okazaki, Xin-Qiu Yao, Shoji Takada
    • Journal Title

      Journal of Chemical Theory and Computation

      Volume: 7 Issue: 6 Pages: 1979-1989

    • DOI

      10.1021/ct2001045

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural comparison of F_1-ATPase : Interplay among enzyme structures, catalysis, and rotations2011

    • Author(s)
      Kei-ichi Okazaki, Shoji Takada
    • Journal Title

      Structure

      Volume: 19 Pages: 588-598

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] アロステリーの分子機構:MWCかあるいはKNFか?-理論モデル計算によるアプローチ2009

    • Author(s)
      岡崎圭一、高田彰二
    • Journal Title

      生物物理 49(No.3)

      Pages: 132-134

    • NAID

      10025975655

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Paddling mechanism for the substrate translocation by AAA+ motor revealed by multiscale molecular simulations2009

    • Author(s)
      Nobuyasu Koga, Tomoshi Kameda, Kei-ichi Okazaki, Shoji Takada
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences USA 106(No.43)

      Pages: 18237-18242

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Structural comparison of F1-ATPase : Interplay among enzyme structures, catalysis, and rotations2012

    • Author(s)
      Kei-ichi Okazaki
    • Organizer
      Biophysical Society 56th annual meeting
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Year and Date
      2012-02-29
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] F_1-ATPaseの構造比較:酵素構造・反応サイト・回転の共役2010

    • Author(s)
      岡崎圭一, 高田彰二
    • Organizer
      第48回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
    • Year and Date
      2010-09-22
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Is the binding of myosin to the actin filament entropy driven? A coarse-grained simulation approach.2010

    • Author(s)
      Kei-ichi Okazaki, Mitsunori Takano
    • Organizer
      The 24th annual symposium of protein society
    • Place of Presentation
      Manchester Grand Hyatt(San Diego, USA)
    • Year and Date
      2010-08-04
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Application of an inter-protein coarse-grained force field to binding process of actomyosin2010

    • Author(s)
      Kei-ichi Okazaki, Mitsunori Takano
    • Organizer
      Biophysical Society 54th annual meeting
    • Place of Presentation
      Moscone convention center(San Francisco, USA)
    • Year and Date
      2010-02-24
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] タンパク質問粗視化力場のアクトミオシン結合過程への応用2009

    • Author(s)
      岡崎圭一、高野光則
    • Organizer
      第47回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      アスティ徳島(徳島県)
    • Year and Date
      2009-10-31
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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