非リン酸化およびリン酸化タウタンパク質と微小管の結合自由エネルギー計算

• Project/Area Number: 13J07605
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 梅澤 公二 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2015: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 天然変性タンパク質 / タウタンパク質 / リン酸化 / 微小管 / 自由エネルギー計算

Outline of Annual Research Achievements

本研究の対象であるタウタンパク質は生理的条件下で単体では一定の立体構造を形成せず、多くの準安定な立体構造集団を成す天然変性タンパク質であり、多数のリン酸化サイトをもつ。とくにT231とS262のリン酸化タウタンパク質は微小管との結合親和性を低下させる。そのリン酸化による微小管との結合親和性変化について立体構造集団を算出することで明らかにすることが本研究の目的である。
タウタンパク質は441アミノ酸残基の大きな超多自由度な系である。そこで、我々は研究期間中に粗視化モデルを開発・発展させることで計算を可能にした。当初の目標であるタウタンパク質の非リン酸化体、T231リン酸化体、S262リン酸化体、T231S262両リン酸化体だけではなく、αシヌクレインやKIDのリン酸化体、そしてタウ断片の４リン酸化体についても立体構造集団を算出することができた。そこで、リン酸化による分子内応答の共通性を明らかにすることができた。
さらに粗視化モデルの開発を進めたことで、タウタンパク質と微小管との結合計算を実施することができた。これまで知られていたタウの微小管結合部位を計算から再現できただけではなく、T231リン酸化による分子内応答部位がタウ-微小管結合に関与している示唆を得ることができた。以上の研究成果は学術学会にて報告を行なった。
加えて、天然変性タンパク質がもつ立体構造の多様性（分子のやわらかさ）と結合親和性および結合/解離速度の関連性を粗視化モデルによって明らかにすることができた（Proteins 2016 in press）。
よって、本研究を遂行することで、当初の目標以上の天然変性タンパク質のリン酸化による分子内応答と結合親和性変化を明らかにすることができ、粗視化モデルの開発・発展を実施できた。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Enhanced sampling simulations to construct free-energy landscape of protein–partner substrate interaction (2016)
  • Author(s): J. Ikebe, K. Umezawa, and J. Higo.
  • Journal Title: Biophysical Reviews Volume: 8 Pages: 45-62
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Intrinsic disorder accelerates dissociation rather than association (2016)
  • Author(s): K. Umezawa, J. Ohnuki, J. Higo, and M. Takano
  • Journal Title: Proteins: Structure, Function and Bioinformatics Volume: - Issue: 8 Pages: 1489-1501
  • DOI: 10.1002/prot.25057
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A virtual-system coupled multicanonical molecular dynamics simulation : Principles and applications to free-energy landscape of protein-protein interaction with an all-atom model in explicit solvent (2013)
  • Author(s): J. Higo, K. Umezawa, H. Nakamura
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 138 Issue: 18 Pages: 184106-184106
  • DOI: 10.1063/1.4803468
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 微小管の天然変性領域の構造分布から見るその重要性 (2016)
  • Author(s): 梅澤公二
  • Organizer: 第４回天然変性蛋白質計算科学セミナー
  • Place of Presentation: 静岡県
  • Year and Date: 2016-01-07
• [Presentation] 粗視化シミュレーションで探る天然変性蛋白質 タウのリン酸化による分子内応答 (2015)
  • Author(s): 梅澤公二、大貫隼、水原志暢、高野光則
  • Organizer: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 徳島県
  • Year and Date: 2015-06-24
• [Presentation] 天然変性蛋白質のリン酸化に共通して見られる分子内静電相互作用の特徴 (2014)
  • Author(s): 梅澤公二、大貫隼、水原志暢、肥後順一、高野光則
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1）
  • Year and Date: 2014-09-26
• [Presentation] リン酸化で誘起される天然変性蛋白質の構造集団と結合調節機構 (2014)
  • Author(s): 梅澤公二、山本諒、大貫隼、肥後順一、高野光則
  • Organizer: 第14回日本蛋白質科学会
  • Place of Presentation: ワークピア横浜／横浜産貿ホール マリネリア（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-06-27
• [Presentation] DIFFERENT ROLES OF BACKBONE-ORIGINATED AND NATIVE-CO NTACT-ORIGINATED FLEXIBILITIES OF AN INTRINSICALLY DISO RDERED PROTEIN IN FAST BINDING AND UNBINDING (2014)
  • Author(s): Koji Umezawa, Jun Ohnuki, Junichi Higo, Mitsunori Takano
  • Organizer: 58th Biophysical Society Annual Meeting
  • Place of Presentation: Moscone center(アメリカ合衆国カリフォルニア州サンフランシスコ)
  • Year and Date: 2014-02-18
• [Presentation] 天然変性蛋白質の立体構造特性に関わるリン酸化の静電的な制御 (2013)
  • Author(s): 梅澤公二、大貫隼、水原志暢、肥後順一、高野光則
  • 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(京都府京都市左京区岩倉大鷺町422番地)
  • Year and Date: 2013-10-30