Dynamics simulations of metal ions for solvation and coordination with proteins
Publicly Offered Research
| Project Area | Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System |
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| Project/Area Number |
20H05518
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
渡邉 宙志 慶應義塾大学, 理工学研究科(矢上), 特任講師 (20767199)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 金属タンパク質 / 分子動力学計算 / 量子化学計算 / 溶媒和ダイナミクス / 分子シミュレーション / 金属イオン / 溶媒和効果 |
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| Outline of Research at the Start |
金属タンパク質は選択的/非選択的に金属タンパク質を結合させその分子機能を実現している。その金属認識原理は、生体系における金属動態を理解する上で重要な要素となる。分子シミュレーションは、一原子・分子レベルの情報にアクセスできるので、有望な解析ツールである。しかし従来のシミュレーションの枠組みでは、金属イオンの溶媒和状態を動的に取り扱うことが難しかった。そこで本研究では、過去に我々が提唱した手法を基にして、これら技術的な問題を解決し、タンパク質の金属イオン認識の原理解明への理論基盤の構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属タンパク質の金属イオンの選択/非選択性の背後に存在する共通した金属認識原理は、金属動態を理解し制御する上で非常に重要な要素となる。
一般的にタンパク質とイオンなどの結合を議論するには、タンパク質配位した状態だけでなく、水和状態およびタンパク質に取り込まれる際のダイナミクスまで考慮する必要がある。その際、遷移金属イオンは水分子と強く配位しているために、溶質のイオンだけでなく、水の量子化学効果を取り込む必要がある。しかしながら従来の分子シミュレーションは、水の量子化学効果を動的に取り込むことができず、金属イオンの動的な解析はほとんどなされてこなかった。そこで本研究では、溶液系での金属イオンの水和ダイナミクスとタンパク質による取り込みのエナジェティクス解析のための理論的基盤の創出と応用を目指した。
具体的には我々が過去に開発した水の量子化学効果の取り込む計算手法(Size-consistent multi-partitioning:SCMP)を拡張し、遷移金属の取り扱いを可能にした。さらに拡張した手法を溶媒和自由エネルギー計算の枠組みに融合させることで様々な金属イオンの結合エネルギーの高精度な算出を試みた。そのために具体的ターゲットとして、金属タンパク質シャペロンAtx1およびCCSを用いた金属イオンの結合性と溶媒和効果の解析をおこなった。銅イオンは毒性があるが、同時に生体に不可欠な存在である。これらタンパク質は、一時的に二量体を形成し銅イオンを授受することで銅イオンの局在性を保っている。しかし二量体のその結合様式や安定性に関して議論があった。そこで当該手法を応用し結合に重要なアミノ酸残基やその性質を明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
