Microscopic breakthrough in the molecular crowding effects promotethe functions of biomolecules

• Project/Area Number: 22750015
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: YU Isseki 青山学院大学, 理工学部, 助教 (90402544)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2012: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2011: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2010: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 分子クラウディング / 分子動力学 / 蛋白質 / 自由エネルギー / オスモライト / TMAO / 水和 / 生物物理 / ハイパフォーマンスコンピューティング

Research Abstract

Molecular crowding condition in the cytoplasm was modeled by osmolyte TMAO found in the cells of deep-sea fishes. Thermodynamic quantities (partial molar volume and transfer free energy) of the protein in crowding solution were calculated by Kirkwood-Buff (KB) theory using the atomic configurations of the solvent speciesgenerated by MD simulation. Furthermore, 3-dimensional distribution and dynamics of those quantities were revealed with uniquely developed space-time deconvolution techniques of the KB integrals. These data provided the microscopic picture of the molecular crowding effect.

Research Products

• [Journal Article] Spatio-Temporal Characteristics of Transfer Free Energy of Apomyoglobin into the Crowding Condition with Trimethylamine N-oxide: A Study with Three Types of the Kirkwood-Buff Integral (2012)
  • Author(s): Isseki Yu*, Kyoko Nakada, Masataka Nagaoka
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B Volume: 116 Pages: 4080-4088
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatio-Temporal Characteristics of the Transfer Free Energy of Apomyoglobin into the Molecular Crowding Condition with Trimethylamine N-oxide : A Study with Three Types of the Kirkwood-Buff Integral (2012)
  • Author(s): Isseki Yu, Nakada Kyoko, Nagaoka Masataka
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B Volume: 116 Issue: 13 Pages: 4080-4088
  • DOI: 10.1021/jp300380p
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of Hydrostatic Pressure on Dynamics and Spatial Distribution of Protein Partial Molar Volume: Time-Resolved Surficial Kirkwood-Buff Approach (2010)
  • Author(s): Isseki Yu*, Masayoshi Takayanagi, Masataka Nagaoka
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B Volume: 114 Pages: 12392-12397
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of Hydrostatic Pressure on Dynamics and Spatial Distribution of Protein Partial Molar Volume : Time-Resolved Surficial Kirkwood-Buff Approach (2010)
  • Author(s): 優乙石, 田崎智大, 中田恭子, 長岡正隆
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B Volume: 114 Pages: 12392-12397
  • Peer Reviewed
• [Presentation] トリメチルアミン N-オキシドで模倣した細胞質環境へのアポミオグロビン移相自由エネルギー:カークウッド‐バフ積分法による時空間解析 (2012)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 日本化学会第92 春季年会
  • Place of Presentation: 慶応大学
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] トリメチルアミンN-オキシドで模倣した細胞質環境へのアポミオグロビン移相自由エネルギー:カークウッド-バフ積分法による時空間解析 (2012)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶応大学
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] TMAO 添加による蛋白質溶媒和自由エネルギー変化の微視的解明: 3 次元カークウッド-バフ積分法によるマッピング解析 (2012)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 第26回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 九州大学
• [Presentation] Three-dimensional Imaging of the Protein Transfer Free Energy into the Molecular Crowding Condition with TMAO (2012)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 第50回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] 蛋白質移相自由エネルギーの空間分布に与える溶質表面特性の影響:オスモライトによる分子クラウディング環境下の場合 (2012)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 第6回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東京大学
• [Presentation] カークウッド‐バフ積分法による蛋白質移相自由エネルギーの 計算と映像化: 分子クラウディング環境の微視的理解に向けて (2012)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 第15回理論化学討論会
  • Place of Presentation: 仙台市福祉プラザ
• [Presentation] 蛋白質移相自由エネルギーの空間分布に与える溶質表面特性の影響：オスモライトによる分子クラウディング環境下の場合 (2012)
  • Author(s): 優 乙石
  • Organizer: 第6回分子科学討論会 東京大学
  • Place of Presentation: 東京大学
• [Presentation] Three-dimensional Imaging of the Protein Transfer Free Energy into the Molecular Crowding Condition with TMAO (2012)
  • Author(s): 優 乙石
  • Organizer: 第50回生物物理学会年会 名古屋市 名古屋大学
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] TMAO添加による蛋白質溶媒和自由エネルギー変化の微視的解明： 3次元カークウッド－バフ積分法によるマッピング解析 (2012)
  • Author(s): 優 乙石
  • Organizer: 第２６回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 九州大学
• [Presentation] 高静水圧が及ぼすアポミオグロビンの遠位水和体積変化:分子動力学法と連携するカークウッド‐バフ積分法による考察 (2011)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 分子科学討論会 2011
  • Place of Presentation: 札幌市 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 高静水圧が及ぼすアポミオグロビンの遠位水和体積変化:分子動力学法と連携するカークウッド-バフ積分法による考察 (2011)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 分子科学討論会2011
  • Place of Presentation: 札幌市札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] High Pressure-Induced Hydration Volume Change around the Protein:Kirkwood-Buff Approach combined with Molecular Dynamics Simulation (2011)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 第49回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] High Pressure-Induced Hydration Volume Change around the Protein : Kirkwood-Buff Approach combined with Molecular Dynamics Simulation (2011)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 第49回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] 補償溶質エクトインによる蛋白質構造安定化の分子機構:分子動力学シミュレーション法による微視的理解 (2010)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 11回極限環境生物学会年会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2010-11-15
• [Presentation] Molecular Dynamics Picture of Protein Partial Molar Volume Reduction under High Hydrostatic Pressure:Time-Resolved Kirkwood-Buff Approach (2010)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 生物物理学会48回年会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2010-09-21
• [Presentation] Molecular Dynamics Picture of Protein Partial Molar Volume Reduction under High Hydrostatic Pressure : Time-Resolved Kirkwood-Buff Approach (2010)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 生物物理学会48回年会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2010-09-21
• [Presentation] アポミオグロビン部分モル体積のダイナミクスおよび空間分布に及ぼす高静水圧の影響:時間分解カークウッド-バフ積分法による考察 (2010)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 分子科学討論会 2010
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] アポミオグロビン部分モル体積のダイナミクスおよび空間分布に及ぼす高静水圧の影響:時間分解カークウッド-バフ積分法による考察 (2010)
  • Author(s): 優乙石、中田恭子、長岡正隆
  • Organizer: 分子科学討論会2010
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2010-09-14