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液体論を基盤としたタンパク質立体構造予測法の構築

Research Project

Project/Area Number 12J00412
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Bioinformatics/Life informatics
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

安田 賢司  京都大学, エネルギー理工学研究所, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2012 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsタンパク質折り畳み / 水和エントロピー / 脱水和 / 積分方程式論 / 形態熱力学アプローチ / G prtein coupled recepter / 立体構造予測
Research Abstract

我々が以前構築した自由エネルギー関数(FEF)を用いて、僅か10残基にも拘らず水中で安定なβ-ヘアピン構造を形成するCLNO25の立体構造安定性を解析した。この蛋白質はβ-ヘアピン構造形成により分子内水素結合を最大限に確保し、水-タンパク質問の水素結合の切断を補償しつつも、側鎖の非常に密に充填により、大きな水のエントロピー増加をもたらすことが出来るアミノ酸配列をもつ。この水のエントロピー増加により、折り畳みに伴う構造エントロピー低下を凌駕し、天然構造が安定となる。α-ヘリックス構造形成でも分子内水素結合を確保できるが、側鎖の密な充填が出来ず、安定にはならない。他の適当なアミノ酸配列では、上記のような分子内水素結合と側鎖の充填の両方を同時に満足することは非常に困難である。よって、多くの短いポリペプチドは固有の立体構造に折り畳まない。大きなタンパク質の中には、折り畳みの初期段階で特定の形に折り畳む短いアミノ酸の配列(piece)がいくつか存在し、これが核となり蛋白質全体の折り畳みがおこると考えられている。そのpieceの1つに相当すると考えられるCLNO25の折り畳みメカニズムを解明できたことは、蛋白質折り畳み過程の最も本質的な部分の理解に繋がる為、蛋白質の立体構造予測法の構築に大きな進展をもたらすと期待される。
加えて、FEFを用いた膜タンパク質立体構造安定性を向上させるアミノ酸置換の予測に取り組んだ。多くの薬剤の標的となる重要な膜タンパク質であるG protein coupled recepter (GPCR)の中からアデノシン受容体を題材とした。このタンパク質に対してはアラニンスキャニング実験による安定性の変化が報告されている。研究の結果、安定化すると報告された8箇所の置換の内、7箇所をFEFを用いて予測できた。今後、アラニン以外への置換による安定性向上を試みる予定である。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2014 2013 2012 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (8 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] On the Physics of Multidrug Efflux through a Biomolecular Complex2013

    • Author(s)
      H. Mishima, H. Oshima, S. Yasuda, K. Amano, M Kinoshita
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 139 Issue: 20

    • DOI

      10.1063/1.4832896

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural Stability of Proteins in Aqueous and Nonpolar Environments2013

    • Author(s)
      S. Yasuda, H. Oshima, M. Kinoshita
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 137 Issue: 13 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1063/1.4755755

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Entropic release of a big sphere from a cylindrical vessel2013

    • Author(s)
      Hirokazu Mishima, Hiraku oshima, Satoshi Yasuda, Ken-ichi Amano. and Masahiro Kinoshita
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters 7

      Volume: 561-562 Pages: 159-165

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2013.01.045

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization of Experimentally Determined Native-Structure Models of a Protein Using Energetic and Entropic Components of Free-Energy Function2012

    • Author(s)
      H. Mishima, S. Yasuda, T. Yoshidome, H. Oshima, Y. Harano, M. Ikeguchi, M. Kinoshita
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 116 Issue: 27 Pages: 7776-7786

    • DOI

      10.1021/jp301541z

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Structural Stability of the Ten-Amino Acid Protein : Toward Designing a Foldable ProteinFunction2014

    • Author(s)
      S. Yasuda, T. Hayashi, M. Kinoshita
    • Organizer
      Nagoya Symposium on Depletion Forces : Celebrating the 60th Anniversary of the Asakura-Oosawa Theory
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2014-03-15
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical Analysis on Structural Stability of CLNO25 Using Our Free-Energy Function2014

    • Author(s)
      S. Yasuda, T. Hayashi, M. Kinoshita
    • Organizer
      Biophysical Society 58th Annual Meeting
    • Place of Presentation
      Moscone Center (アメリカ, サンフランシスコ)
    • Year and Date
      2014-02-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical Enhancement of Structural Stability of a Membrane Protein for X-ray Crystallography2013

    • Author(s)
      S. Yasuda, H. Oshima, T. Murata, M. Kinoshita
    • Organizer
      第51回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館(京都府)
    • Year and Date
      2013-10-31
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural Stability of Proteins in Aqueous and Nonpolar Environments2013

    • Author(s)
      S. Yasuda, H. Oshima, M. Kinoshita
    • Organizer
      STATPHYS25
    • Place of Presentation
      Seoul National University(韓国)
    • Year and Date
      2013-07-22
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 水および疎水環境中における蛋白質の立体構造安定性2013

    • Author(s)
      安田 賢司, 尾嶋 拓, 木下 正弘
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」終了公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      KKRホテル東京
    • Year and Date
      2013-05-22
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural Stability of Proteins in Aqueous and Nonpolar Environments2013

    • Author(s)
      S. Yasuda, H. Oshima, M. Kinoshita
    • Organizer
      International Symposium on Hydration and ATP Energy 2013
    • Place of Presentation
      Hotel Iwanumaya, Miyagi, Japan
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 水及び非水環境におけるタンパク質の立体構造安定性2012

    • Author(s)
      安田賢司、尾嶋拓、木下正弘
    • Organizer
      第52回生物物理若手の会
    • Place of Presentation
      支笏湖ユースホステル
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural Stability of Proteins in Aqueous and Nonpolar Environments2012

    • Author(s)
      S. Yasuda, H. Oshima, M. Kinoshita
    • Organizer
      第50回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks] 木下研究室-京都大学エネルギー理工学研究所

    • URL

      http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/centerbunya/kinoshita

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks] 木下研究室-京都大学エネルギー理工学研究所

    • URL

      http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/centerbunya/kinoshita

    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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