In silico molecular design of transmembrane peptide induces lipid flipping
| Project/Area Number |
19K05378
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
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| Research Institution | Hokuriku University (2020-2023)
Institute of Physical and Chemical Research (2019) |
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Principal Investigator |
齋藤 大明 北陸大学, 薬学部, 准教授 (40506820)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中尾 裕之 富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 助教 (00805020)
森下 徹也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10392672)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 分子動力学法 / 脂質フリップ / 膜貫通ペプチド / 分子シミュレーション / 自由エネルギー / ペプチド / 脂質二重層膜 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では分子シミュレーション技術を駆使することによってMペプチドによる脂質フリップ誘起の分子メカニズムを解明する.脂質フリップを誘起するペプチドや脂質の動的構造や相互作用，脂質フリップ能を分子シミュレーションを用いて具体的に明らかにする.またTMペプチドの長さやアミノ酸配列を系統的に変化させた系のシミュレーションを実施し，得られた計算データを集積・解析することによって脂質フリップを誘起するペプチドの新たな分子設計指針を与える.研究は実験研究者の協力の元で行い，計算方法・モデルの有効性についても検証する.最終的に計算によって設計・最適化された新規TMペプチドの合成・評価実験も行う.
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| Outline of Annual Research Achievements |
脂質二重層中のリン脂質分子の二層間の移動（フリップフロップ）は、親水性の頭部基が疎水性の炭化水素領域を通過しなければならないため、脂質のみの人工膜ではほとんど起こらない現象である。脂質スクランブリングは様々な細胞機能の発現・維持に関与しているものの、その構造的特徴は未だ明らかにされていない。
最終年度は、ペプチド二量体の中央にGlu残基を複数導入した膜貫通ペプチドの分子動力学（MD）シミュレーションを実行し、ペプチドの膜内における特徴的な構造を詳細に解析し、スクランブラーゼ活性に与える影響について考察した。
本研究では親水性残基（Glu）を中央付近に持つ膜貫通ペプチド二量体モデル（Q2-C1, Q2-C2, Q2-C3, Q2-C4, Q3-C)を作成し、POPC脂質二重層膜系でのMDシミュレーションを実施した。シミュレーション後は脂質膜系では、原子分布（膜厚方向）や膜厚・脂質鎖長を解析し、ペプチド二量体系では膜内における原子分布（膜厚方向）や、配向角度、ペプチド間角度、Glu-Glu間の距離や動径分布関数（RDF)を解析した。
構造解析の結果、ペプチドの膜内構造では、Q2-C2, Q3-Cの系でGluが中心付近に分布する様子が示された。また、Q2-C2, Q3-Cの系では膜内において二量体構造を保つ様子が示された。脂質スクランブリングの実験結果との対応から、これらはペプチド付近での脂質スクランブリングに寄与する特異的構造であるとことが示唆された。
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Report
(5 results)
Research Products
(24 results)
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[Presentation] コロナチン立体異性体フォーカスドライブラリーを用いたジャスモン酸受容体サブタイプ選択的リガンドの開発2022
Author(s)
林 謙吾, 加藤信樹, 野本春菜, 中山美涼, Khurram Bashir, Andrea Chini, 高橋聡史, 齋藤大明, 渡部楽, 高岡洋輔, 田中真帆, 永野惇, 関原明, Roberto Solano, 上田実
Organizer
日本農芸学会2022
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