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Development of intra-molecule dynamic structure network analysis method to characterize protein dynamics

Research Project

Project/Area Number 16K00407
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Life / Health / Medical informatics
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

Wako Hiroshi  早稲田大学, 社会科学総合学術院, 教授 (60158607)

Research Collaborator ENDO Shigeru  
TSUCHIYA Yuko  
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 / 動的構造 / ネットワーク解析 / タンパク質の動的構造 / Protein Data Bank / 多量体 / T細胞受容体 / 中心性指標 / アロステリック効果 / 生物物理 / 生体生命情報学 / 計算物理
Outline of Final Research Achievements

We have performed normal mode analysis for many proteins for understanding their dynamic structures. Using these results, we defined an intra-molecular dynamic protein structure network (dPSN) for characterizing them. We applied this method to various types of proteins such as enzymes, allosteric proteins, and oligomeric proteins and found that a centrality measure, betweenness, is the most effective property because it is well correlated with structural and functional characteristics of amino acid residues. Since the motions of the lowest-frequency normal modes are related to functional motions of a protein, we defined dPSN individually for such normal modes and revealed the significant features of their motions. For example, the residues with high betweenness were found in active sites of enzyme proteins, in an allosteric pathway between an active and effective sites, and on the inter-subunit interface of oligomeric proteins, implying effectiveness of this method.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

タンパク質の機能と立体構造の関係を理解するためには、その静的構造だけでなく、動的構造との関係を明らかにすることが必要である。コンピュータはそうした動的構造に関する情報を、実験では得られない原子レベルの分解能で提供してくれる反面、その膨大なデータからわれわれの理解につながるような特性量をいかに抽出するかが問題となっている。本研究は、こうした問題に新たな方法論を提供する。われわれは膨大な数のタンパク質について基準振動解析計算を行い、それをPDBjを通して公開しているが、それらをより積極的に利用して、タンパク質の動的構造と機能の相関を理解していくための有用なツールを提供できるものと考える。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] A study of CDR3 loop dynamics reveals distinct mechanisms of peptide recognition by T-cell receptors exhibiting different levels of cross-reactivity2018

    • Author(s)
      Tsuchiya Yuko、Namiuchi Yoshiki、Wako Hiroshi、Tsurui Hiromichi
    • Journal Title

      Immunology

      Volume: 153 Issue: 4 Pages: 466-478

    • DOI

      10.1111/imm.12849

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Normal mode analysis as a method to derive protein dynamics information from the Protein Data Bank2017

    • Author(s)
      Wako Hiroshi、Endo Shigeru
    • Journal Title

      Biophysical Reviews

      Volume: 9 Issue: 6 Pages: 877-893

    • DOI

      10.1007/s12551-017-0330-2

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] New tools and functions in data-out activities at Protein Data Bank Japan (PDBj)2017

    • Author(s)
      Kinjo Akira R.、Bekker Gert-Jan、Wako Hiroshi、Endo Shigeru、Tsuchiya Yuko、Sato Hiromu、Nishi Hafumi、Kinoshita Kengo、Suzuki Hirofumi、Kawabata Takeshi、Yokochi Masashi、Iwata Takeshi、Kobayashi Naohiro、Fujiwara Toshimichi、Kurisu Genji、Nakamura Haruki
    • Journal Title

      Protein Science

      Volume: 27 Issue: 1 Pages: 95-102

    • DOI

      10.1002/pro.3273

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Characterization of protein folding by a Φ-value calculation with a statistical-mechanical model2016

    • Author(s)
      Hiroshi Wako and Haruo Abe
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 13 Issue: 0 Pages: 263-279

    • DOI

      10.2142/biophysico.13.0_263

    • NAID

      130005284035

    • ISSN
      2189-4779
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 二面角系粗視化モデルによる巨大タンパク質の立体構造ゆらぎーX線構造の温度因子との比較2018

    • Author(s)
      猿渡茂、輪湖博
    • Organizer
      日本蛋白質科学学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 基準振動のネットワーク解析によるTCR-pMHC複合体の動的構造2018

    • Author(s)
      輪湖博、土屋裕子、猿渡茂
    • Organizer
      日本生物物理学会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 二面角系粗視化モデルによる巨大核酸分子の立体構造ゆらぎーX線構造の温度因子との比較2018

    • Author(s)
      猿渡茂、輪湖博
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] タンパク質の基準振動モードのネットワーク解析:中心性指標Betweennessと活性部位2017

    • Author(s)
      輪湖 博、猿渡 茂
    • Organizer
      第17回日本蛋白質科学会年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 二面角系粗視化モデルによる超分子複合体の基準振動解析2017

    • Author(s)
      猿渡 茂、青木拓弥、輪湖 博
    • Organizer
      第17回日本蛋白質科学会年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] タンパク質の基準振動モードのネットワーク解析:中心性指標Betweennessとアロステリック機構2017

    • Author(s)
      輪湖 博、猿渡 茂
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] T細胞受容体による特異的および交差反応的な抗原認識機構の解明2017

    • Author(s)
      土屋裕子、波内良樹、輪湖 博、鶴井博理
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Characterization of TCR-pMHC interaction at residue-level based on FMO and PIEDA2017

    • Author(s)
      H.Tsurui, Y. Tsuchiya, Y. Namiuchi, H. Wako
    • Organizer
      CBI学会2017年大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] The distinct dynamic mechanisms of peptide recognition by specific and cross-reactive T-cell receptors2017

    • Author(s)
      Y.Tuchiya, Y. Namiuchi, H. Wako, H. Tshurui
    • Organizer
      CBI学会2017年大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] T細胞受容体による特異的および交差反応的な抗原認識機構の解明2016

    • Author(s)
      土屋裕子、波内良樹、輪湖博、鶴井博理
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      第54回日本生物物理学会年会(つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] タンパク質の基準振動モードのネットワーク解析:中心性指標の計算2016

    • Author(s)
      輪湖博、猿渡茂
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      第54回日本生物物理学会年会(つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 二面角系基準振動解析プログラムの巨大分子への適用―側鎖自由度の固定2016

    • Author(s)
      猿渡茂、輪湖博
    • Organizer
      日本蛋白質科学会
    • Place of Presentation
      第16回日本蛋白質科学会年会(福岡市)
    • Year and Date
      2016-06-07
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 動的構造解析に基づく特異性および交差性を有するTCRの抗原認識機構の解明2016

    • Author(s)
      土屋裕子、波内良樹、輪湖博、鶴井博理
    • Organizer
      日本蛋白質科学会
    • Place of Presentation
      第16回日本蛋白質科学会年会(福岡市)
    • Year and Date
      2016-06-07
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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