Dynamic analysis of interactions between nanoporous gold and integrins using multicanonical molecular dynamics
| Project/Area Number |
20J15644
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 国内 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 26010:Metallic material properties-related
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
出口 聡一郎 京都大学, エネルギー科学研究科, 特別研究員(DC2)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
|
| Budget Amount *help |
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
|
|---|
| Keywords | インテグリン / 分子動力学 / ナノポーラス金 / 細胞シグナル伝達 / 機械感受性 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
ナノポーラス金はナノメートルオーダーの孔を有するスポンジ状の金であり、接着した細胞の機能に多様な影響を及ぼす。ナノポーラス金はインテグリンと呼ばれる膜貫通タンパク質を介して細胞と相互作用すると考えられているが、その詳細な機構は明らかにされていない。本研究ではフルスケールインテグリンモデルに対して拡張アンサンブルを用いた分子動力学シミュレーションを実施し、ナノポーラス金が細胞に及ぼす影響を原子・分子レベルで解明することを試みる。最終的に、得られた計算結果を遺伝子解析等の実験結果と照合することで、基板から遺伝子に至るまでのシグナル伝達の詳細なロードマップを明らかにする。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の到達目標を予定通りに遂行することができた。具体的には、前年度に取得した計算データを基に、研究目的であるインテグリン媒介型機械的シグナル伝達機構の解明に取り組んだ。
前年度に作成したフルスケールのインテグリンモデルにPerturbation Response
Scanning (PRS)を適用して擬似的なシグナル伝達過程を再現し、headドメインに作用させた応力がインテグリン構造を伝播する様子を調べた。その結果、インテグリンの膝部分(Genu)への金属イオン配位の抑制により、Genuドメインが軟化することで機械的シグナルが急激に減衰する様子が確認された。この事実はGenuドメインとCalf-1ドメイン間に応力伝達経路が形成されることで、細胞外から細胞内への機械的情報の伝達が安定化されるという前年度に得られた事実を裏付ける結果となった。
インテグリンαvβ3モデルに加え、αIドメインを有するα2β1や変異モデルを作成し、機械的引張力を付加する拡張MD計算等を実行することでシグナル伝達特性を比較した。その結果、αvβ3はβ鎖に直接作用した力が局所的な構造変化を連鎖的に誘発し、最終的にグローバルな構造活性化につながることで、基板の機械的情報を細胞内に伝達することが明らかになった。一方、α2β1に作用した力はαIドメイン内で分散し、αvβ3で見られたβ鎖内での局所構造変化を示さなかった。このように、αIドメインの有無がインテグリンの機械的シグナル伝達において重要な役割を果たしていることを明らかにした。以上の計算結果はインテグリンのαIドメインの構造やその中の荷電残基が、シグナル伝達に主要な役割を果たすことを示唆しており、細胞の機械的感受性を調べた既存の実験・計算事実とも整合している。
以上の研究成果は、国外論文へ執筆、掲載され、また国外ジャーナルの記事にも紹介された。
|
| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
