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分子動力学計算を利用した新規膜貫通ペプチド会合体のde novo設計

Research Project

Project/Area Number 21J40162
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 37010:Bio-related chemistry
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

新津 藍  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 特別研究員(RPD)

Project Period (FY) 2021-07-01 – 2025-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords膜タンパク質デザイン / 分子動力学計算 / ペプチド化学 / 合成生物学 / 膜タンパク質設計
Outline of Research at the Start

膜タンパク質は折り畳まれて細胞膜中で立体構造をとることで機能を発現できる。したがってこの折り畳み機構を理解することが膜タンパク質の機能解明に重要となる。ここで天然タンパク質の高分解能構造解析に加えて近年注目されているのが、人工タンパク質の設計・ 構造解析を行うことで、私たちのタンパク質の折り畳み機構の理解を検定するアプローチである。そこで本研究では、未だ黎明期にある膜タンパク質の人工設計法の確立を目指し、分子動力学計算、人工ペプチドの設計、合成、実験的計測による機能・ 構造分析を融合し、最も基礎的な膜タンパク質構造である膜ペプチド会合体のゼロからの設計に取り組む。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は分子動力学計算を利用した膜貫通αヘリックスペプチド会合体の新しい設計法開発を通し、脂質二重膜内のαヘリックス会合メカニズムを解明することを目的とする。2つの研究プロジェクト(1:分子動力学計算による人工設計膜貫通ペプチドの自己会合過程の解析、2:計算を利用した膜貫通αヘリックスペプチド会合体のde novo設計)を通して、αヘリックス相互作用を基礎とした人工膜タンパク質のde novo設計法の確立と新規膜貫通ペプチド会合体群の創製を目指す。
2022年度には、プロジェクト1では事前検討で得られたコイルドコイルペプチドチャネルについて、膜電位存在下でのペプチド会合体の分子動力学計算を実施した。計算したトラジェクトリを分析してイオン電流を見積もり、計算に用いた力場の影響を考慮して補正を行うと、一分子チャネル電流測定で得られた実験値との整合性があることを確認できた。また研究の新たな展開として天然変性領域とαヘリックスを含むタンパク質の分子動力学計算による構造モデリングを行い、共著者として国際誌へ研究成果を発表した。プロジェクト2では新しい構造モチーフについて2量体、3量体ペプチドの候補配列を設計し、脂質二重膜中での構造モデリングと分子動力学計算による構造安定性の検討を実施した。計算は異なる脂質について実施し、構造への影響を予測するための解析を行った。今後、これらの配列の分子動力学計算によるより詳細な構造予測と実験による検証を進めることで新しい構造モチーフに基づくペプチド会合体の創製へつながると考えられる。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 6 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Highly charged proteins and their repulsive interactions antagonize biomolecular condensation2023

    • Author(s)
      Cheng Tan, Ai Niitsu, Yuji Sugita
    • Journal Title

      JACS Au

      Volume: 3 Issue: 3 Pages: 834-848

    • DOI

      10.1021/jacsau.2c00646

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Towards de novo design of transmembrane α-helical assemblies using structural modelling and molecular dynamics simulation2022

    • Author(s)
      Ai Niitsu, Yuji Sugita
    • Journal Title

      Biophys. Rev.

      Volume: 14 Issue: 5 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1039/d2cp03972a

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 膜貫通ペプチド会合体のde novo設計と機能開拓に向けて2023

    • Author(s)
      新津 藍
    • Organizer
      第17回理研「バイオものづくり」シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] De novo design of membrane coiled-coil barrels2022

    • Author(s)
      A. Niitsu, A.R. Thomson, A.J. Scott, J.T. Sengel, K.R. Mahendran, Y. Sugita, L.R. Brady, M.I. Wallace, H. Bayley, and D.N. Woolfson
    • Organizer
      8th Alpbach Workshop coiled-coil, fibrous and repeat proteins
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Stability and dynamics of de novo designed transmembrane peptide barrels2022

    • Author(s)
      A. Niitsu, J. Jung, and Y. Sugita
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] De novo design of peptide ion channels2022

    • Author(s)
      A. Niitsu, A.R. Thomson, A.J. Scott, J.T. Sengel, K.R. Mahendran, Y. Sugita, L.R. Brady, M.I. Wallace, H. Bayley, and D.N. Woolfson
    • Organizer
      East Asian Single-Molecule Biophysics Symposium 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 電位応答性膜ペプチドチャネルの理論設計2022

    • Author(s)
      A. Niitsu, A. R. Thomson, A.J. Scott, J.T. Sengel, Y. Sugita, M.I. Wallace, H. Bayley, and D.N. Woolfson
    • Organizer
      発動分子科学×分子サイバネティクス共催ワークショップ
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 自己会合する膜貫通ペプチドチャネルの理論設計2021

    • Author(s)
      A. Niitsu, A. R. Thomson, A.J. Scott, J.T. Sengel, Y. Sugita, M.I. Wallace, H. Bayley, and D.N. Woolfson
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] 相分離解析プロトコール“分子シミュレーションで理解する相分離のメカニズム”p235-2412022

    • Author(s)
      Cheng Tan, 新津 藍, 依田 隆夫, 杉田 有治
    • Total Pages
      247
    • Publisher
      羊土社
    • ISBN
      9784758122597
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-07-29   Modified: 2024-03-26  

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