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分子シミュレーションで探るABCトランスポーターの膜輸送動力発生機構

Research Project

Project/Area Number 19042005
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

城地 保昌  The University of Tokyo, 分子細胞生物学研究所, 助教 (30360415)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 北尾 彰朗  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 准教授 (30252422)
Project Period (FY) 2007 – 2008
Project Status Completed (Fiscal Year 2008)
Budget Amount *help
¥6,400,000 (Direct Cost: ¥6,400,000)
Fiscal Year 2008: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2007: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Keywords生物物理 / ABC蛋白質 / 立体構造ダイナミクス / 分子シミュレーション / エネルギー地形
Research Abstract

本研究は、原子レベルの分子動力学計算を用いてABC蛋白質MalKのエネルギー地形を解析し、その動力発生機構を物理化学的に解明することを目的とする。ABC蛋白質MalKは、ATPの結合・加水分解に伴い立体構造変化することでABCトランスポーターの膜輸送動力を担っている。平成20年度は次の成果を得た。
1. 状態変化によるMalKの応答(非平衡構造転移)のメカニズムを明らかにするために、Targeted Molecular Dynamics(TMD)の手法を用いて、強制的にMalKの構造転移をコンピュータ上に実現した。open⇔semi-openの素過程を観察したところ、基質結合部位とは異なる局所部位に蓄積されたフラストレーションが、構造転移にとって重要な役割を果たしていることが明らかになった。基質結合とこの部位の相関メカニズム解明は、今後の課題である。
2. 平成20年度は、長時間分子動力学計算結果から蛋白質のエネルギー地形を記述する方法論の開発も行った。分子動力学計算結果を用いて蛋白質のエネルギー地形を眺める有効な手段に主成分解析(PCA)がある。しかし、PCAは、原子揺らぎの2次のキュムラントのみを用いた解析であり、高次の相関を含まないため、上記1. の解析には向かない。そこで、平成20年度は、原子揺らぎの高次キュムラントを用いて蛋白質のエネルギー地形を解析する手法を開発し、比較的小さな蛋白質分子で検証を行った。MalKへの適用は、今後の課題である。

Report

(2 results)
  • 2008 Annual Research Report
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2009 2008 2007

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Hydration effects on lowfrequency protein dynamics observed in simulated neutron scattering snectra2008

    • Author(s)
      Y. Joti, et.al.
    • Journal Title

      Biophysical Journal 94

      Pages: 4435-4443

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydration affects both harmonic and anharmonic nature of protein dynamics2008

    • Author(s)
      H. Nakagawa, et.al.
    • Journal Title

      Biophysical Journal 95

      Pages: 2916-2923

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 分子シミュレーションと中性子散乱で探る蛋白質ダイナミクスの水和依存性2008

    • Author(s)
      城地保昌
    • Journal Title

      日本生物物理学会誌「生物物理」 48

      Pages: 342-344

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 非弾性散乱の生物への応用について2008

    • Author(s)
      城地 保昌, 中迫 雅由, 難波 啓一
    • Journal Title

      日本結晶学会誌 50

      Pages: 78-82

    • NAID

      10021085479

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydration-dependent protein dynamics revealed by molecular dynamics simulation of crystalline Staphylococcal nuclease2008

    • Author(s)
      Y. Joti, H. Nakagawa, M. Kataoka and A. Kitao
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry B 112

      Pages: 3522-3528

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydration effect on low-frequency protein dynamics observed in simulated neutron scattering spectra2008

    • Author(s)
      Y. Joti, H. Nakagawa, M. Kataoka and A. Kitao
    • Journal Title

      Biophysical Journal 94

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Non-Gaussian behavior of elastic incoherent neutron scattering profiles of proteins studied by molecular dynamics simulation2007

    • Author(s)
      Tokuhisa, A., Joti, Y., Nakagawa, H., Kitao, A., & Kataoka, M.
    • Journal Title

      Physical Review E 75

      Pages: 41912-41912

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 分子動力学計算と溶液散乱の組み合わせで探る蛋白質の立体構造変化2009

    • Author(s)
      城地保昌、他
    • Organizer
      次世代ナノ統合シミュレーションソフトウェアの研究開発第3回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター
    • Year and Date
      2009-03-05
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 同時ブロック対角化に基づく非線形相関モードの抽出2009

    • Author(s)
      桜庭俊、他
    • Organizer
      計算科学研究センターワークショップ「次世代理論化学の新展開と超並列計算への挑戦
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター
    • Year and Date
      2009-01-19
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子シミュレーションと溶液散乱で探る蛋白質の立体構造変化2008

    • Author(s)
      城地保昌、他
    • Organizer
      第46回生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場
    • Year and Date
      2008-12-05
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子シミュレーションと溶液散乱で探る蛋白質の立体構造変化2008

    • Author(s)
      城地保昌、他
    • Organizer
      第8回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀
    • Year and Date
      2008-06-10
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular simulation study to examine the possibility of detecting protein conformational motions by coherent neutron scattering2008

    • Author(s)
      Y. Joti, et.al.
    • Organizer
      The 1st International Conference of the Grand Challenge to NextGeneration Integrated Nanoscience
    • Place of Presentation
      国際研究交流大学村
    • Year and Date
      2008-06-05
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子シミュレーションと溶液散乱で探る蛋白質の立体構造変化2008

    • Author(s)
      城地 保昌, 北尾 彰朗
    • Organizer
      次世代ナノ統合シミュレーションソフトウェアの研究開発第2回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      岡崎カンファレンスセンター
    • Year and Date
      2008-03-05
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Hydration effects on protein dynamics studied by molecular dynamics simulation of a crystalline protein2008

    • Author(s)
      Y. Joti, H. Nakagawa, M. Kataoka and A. Kitao
    • Organizer
      5th Open Workshop for "Chemistry of Biological Processes Created by Water and Biomolecules"
    • Place of Presentation
      奈良県新公会堂
    • Year and Date
      2008-01-25
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子シミュレーションと中性子散乱で探る蛋白質の協奏的運動2007

    • Author(s)
      城地 保昌, 北尾 彰朗
    • Organizer
      第45回生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2007-12-21
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2007-04-01   Modified: 2018-03-28  

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