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カルシウムポンプのリン酸化により誘起されるイオン輸送機構の自由エネルギー解析

Research Project

Project/Area Number 14J05682
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Life / Health / Medical informatics
Research InstitutionChuo University

Principal Investigator

小室 靖明  中央大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords筋小胞体カルシウムポンプ / 分子力場の改良 / アデノシン三リン酸 / レプリカ交換法分子動力学計算
Outline of Annual Research Achievements

本研究の背景
筋小胞体カルシウムポンプはP型のATP加水分解酵素であり,筋小胞体膜中に存在する膜タンパク質である.1個のATPを加水分解し,2個のCa2+を細胞質から小胞体内腔へ1万倍の濃度勾配に逆らって能動輸送する.これまでX線結晶構造解析によって輸送サイクルの反応中間体の立体構造が決定され,カルシウムポンプは大規模な構造変化によってイオン輸送を実現していることが示唆された.本研究では,分子動力学(MD)計算によって生体環境中のカルシウムポンプの熱運動を解析した.

多リン酸分子力場の改良
脂質二重膜に埋め込まれたATPとADPそれぞれの結合状態の筋小胞体カルシウムポンプの全原子MD計算を実行した.本研究では,多リン酸分子の力場パラメタをより高精度に改良した.改良された力場パラメタをATP結合状態のカルシウムポンプだけでなく,他のATP結合タンパク質のMD計算に適用して検証を行った.カルシウムポンプの場合では,従来の力場を用いるとATPの構造が大きく崩れてしまう結果に対し,改良された力場ではATPの構造は安定に保持した.他の4種類のATP結合タンパク質を用いた場合でも同様な結果が得られた.また,ATPの取り得るコンフォメーションの多様性の比較のため,改良した力場とオリジナルの力場を用いて溶液中ATPのレプリカ交換MD計算を行った.従来の力場を用いた場合ではATPの三リン酸部分が伸びきった構造のみ出現したが,改良された力場ではこの構造も含むより広範囲なコンフォメーションを実現していた.改良された力場で得られた三リン酸構造の分布は,PDBに収容されているタンパク質に結合したATPの構造との重なり合いが見られた.改良した力場は生体分子のダイナミクスの研究に適しており,カルシウムポンプや一般のタンパク質のMD計算におけるATPの熱運動の解析に有用であることを示した.

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (7 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] CHARMM Force-fields with Modified Polyphosphate Parameters Allow Stable Simulation of the ATP-Bound Structure of Ca2+-ATPase2014

    • Author(s)
      Yasuaki Komuro, Suyong Re, Chigusa Kobayashi, Eiro Muneyuki and Yuji Sugita
    • Journal Title

      Journal of Chemical Theory and Computation

      Volume: 10 Issue: 9 Pages: 4133-4142

    • DOI

      10.1021/ct5004143

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Molecular dynamics simulations of ATP or ADP bound form of SR Ca2+-ATPase using CHARMM force-field with modified polyphosphate parameters2015

    • Author(s)
      Yasuaki Komuro, Suyong Re, Chigusa Kobayashi, Eiro Muneyuki, Yuji Sugita
    • Organizer
      Computational Molecular Science 2015
    • Place of Presentation
      Warwick university, UK
    • Year and Date
      2015-03-15 – 2015-03-17
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS OF ATP OR ADP BOUND FORM OF SR CA2+-ATPASE USING CHARMM FORCE-FIELD WITH MODIFIED POLYPHOSPHATE PARAMETERS2015

    • Author(s)
      Yasuaki Komuro, Suyong Re, Chigusa Kobayashi, Eiro Muneyuki, Yuji Sugita
    • Organizer
      Free energy calculations workshop 2015
    • Place of Presentation
      Munster university, Germany
    • Year and Date
      2015-03-09 – 2015-03-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular dynamics simulations of ATP or ADP bound form of SR Ca2+-ATPase using CHARMM force field with updated polyphosphate parameters2014

    • Author(s)
      Yasuaki Komuro, Suyong Re, Chigusa Kobayashi, Eiro Muneyuki, and Yuji Sugita
    • Organizer
      CBI学会2014年大会
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀
    • Year and Date
      2014-10-28 – 2014-10-30
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular dynamics simulations of ATP or ADP bound form of SR Ca2+-ATPase using CHARMM force field with modified polyphosphate parameters2014

    • Author(s)
      Yasuaki Komuro, Suyong Re, Chigusa Kobayashi, Eiro Muneyuki, and Yuji Sugita
    • 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
    • Year and Date
      2014-09-25 – 2014-09-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] All-atom molecular dynamics simulations of ATP or ADP bound form of SR Ca2+-ATPase using modified polyphosphate parameters2014

    • Author(s)
      Yasuaki Komuro, Suyong Re, Chigusa Kobayashi, Eiro Muneyuki, and Yuji Sugita
    • Organizer
      SKY seminar
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2014-07-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] アップデートした多リン酸力場を用いた筋小胞体カルシウムポンプの分子動力学計算2014

    • Author(s)
      小室靖明, 李秀栄, 小林千草, 宗行英朗, 杉田有治
    • Organizer
      第14回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      ワークピア横浜/横浜産貿ホール マリネリア
    • Year and Date
      2014-06-25 – 2014-06-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular Dynamics Simulations of ATP or ADP Bound Form of SR Ca2+-ATPase Using CHARMM Force Fields with Modified Polyphosphate Parameters2014

    • Author(s)
      Yasuaki Komuro, Suyong Re, Chigusa Kobayashi, Eiro Muneyuki, Yuji Sugita
    • Organizer
      Tokyo ATPase workshop
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2014-06-02 – 2014-06-03
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Remarks] 理化学研究所 杉田理論分子科学研究室

    • URL

      http://www.riken.jp/TMS2012/tms/ja/member/profile/yasuaki_komuro.html

    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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