チャネルロドプシンのイオン輸送の理論化学

• Project Area: Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment
• Project/Area Number: 26104526
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 吉田 紀生 九州大学, 高等研究院, 准教授 (10390650)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2015: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2014: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: チャネルロドプシン / イオンチャネル / ３Ｄ－ＲＩＳＭ / 理論化学 / 化学物理 / 統計力学

Outline of Annual Research Achievements

申請課題「チャネルロドプシンのイオン透過の理論化学」では，生体分子の溶媒和理論(3D-RISM)および分子シミュレーション(MD)を用いて，チャネルの閉構造および初期開構造におけるイオン輸送経路の解明と，チャネルの遅い構造変化とイオン輸送経路の統計力学的探索を行い，チャネルタンパク質構造の柔らかさとイオン分布の柔らかさの相関を分子論的に明らかにすることを目的とした。
チャネル閉構造でのイオン輸送経路とイオンの自由エネルギープロファイルを明らかにし，さらにチャネル初期開状態の構造についても明らかにしつつある。チャネルの開閉は，レチナールの光異性化からはじまり，その後チャネル内の解離性アミノ酸残基間のプロトン移動により進んでいくが，これまでの研究で閉状態から開状態に至る初期段階（D470, P500, およびP390状態）のプロトン化状態を提案し，対応するイオン分布，イオン輸送経路およびイオンの自由エネルギープロファイルを示した。
これまで，チャネルの開閉にはチャネル内の２つの狭窄部位の存在と，その外れ方が実験で示唆されていたが，申請者らの結果は，ヘリックスと連動してソルトブリッジが外れる様子など，実験結果を強く支持するものであった。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Kasetsart University/Chulalongkorn University(タイ)
• [Journal Article] Theoretical analysis of complex formation of p-carboxybenzeneboronic acid with a monosaccharide (2016)
  • Author(s): Yuki Seno, Norio Yoshida, Haruyuki Nakano
  • Journal Title: J. Mol. Liq. Volume: 印刷中 Pages: 93-98
  • DOI: 10.1016/j.molliq.2015.12.063
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A 3D-RISM/RISM study of the oseltamivir binding efficiency with the wild-type and resistance-associated mutant forms of the viral influenza B neuraminidase (2016)
  • Author(s): Jiraphorn Phanich, Thanyada Rungrotmongkol, Daniel Sindhikara, Saree Phongphanphanee, Norio Yoshida, Fumio Hirata, Nawee Kungwan and Supot Hannongbua
  • Journal Title: Protein science Volume: 25 Issue: 1 Pages: 147-158
  • DOI: 10.1002/pro.2718
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-Dimensional Reference Interaction Site Model Self-Consistent Field Analysis of Solvent and Substituent Effects on the Absorption Spectra of Brooker's Merocyanine (2015)
  • Author(s): Yuichi Tanaka, Norio Yoshida, Haruyuki Nakano
  • Journal Title: J. Comput. Chem. Volume: 36 Issue: 22 Pages: 1655-1663
  • DOI: 10.1002/jcc.23980
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Theoretical analysis of co-solvent effect on the proton transfer reaction of glycine in a water-acetonitrile mixture (2015)
  • Author(s): Yukako Kasai, Norio Yoshida, Haruyuki Nakano
  • Journal Title: J. Chem. Phys. Volume: 142 Issue: 20
  • DOI: 10.1063/1.4921432
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 続・生物工学基礎講座 バイオよもやま話「生体分子の溶媒和理論」 (2015)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Journal Title: 生物工学会誌 Volume: 8 Pages: 481-486
  • NAID: 110009985417
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient implementation of the three-dimensional reference interaction site model method in the fragment molecular orbital method (2014)
  • Author(s): Norio Yoshida
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 140 Issue: 21
  • DOI: 10.1063/1.4879795
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Water-meditated forces between the nucleotide binding domains generate the power stroke in an ABC transporter (2014)
  • Author(s): Furukawa-Hagiya T, Yoshida N, Chiba S, Hayashi T, Furuta T, Sohma Y, Sakurai M
  • Journal Title: Chemical Physics Letters Volume: 616 - 617 Pages: 165-170
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2014.10.038
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 液体の統計力学理論によるチャネルタンパクの透過現象解析 (2014)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Journal Title: 膜 membrane Volume: 39 Pages: 379-384
  • NAID: 130005069453
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 液体の統計力学理論で見る生体分子の分子認識過程 (2016)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 新学術領域研究「柔らかな分子系」第14回ワークショップ 『ダイナミクス観測からタンパク質の「柔らかさ」を観る』
  • Place of Presentation: 不死王閣，大阪府池田市
  • Year and Date: 2016-03-02
  • Invited
• [Presentation] Theoretical study of biological processes employing statistical mechanics of molecular liquids (2016)
  • Author(s): Norio Yoshida
  • Organizer: Pure and Applied Chemistry International Conference 2016
  • Place of Presentation: BITEC, Bangkok, Thai
  • Year and Date: 2016-02-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Theoretical study of ion transport in biological systems (2016)
  • Author(s): Norio Yoshida
  • Organizer: Kasetsart University seminar
  • Place of Presentation: Kasetsart University, Bangkok, Thai
  • Year and Date: 2016-02-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multiscale implementation of 3D-RISM to the electronic structure theory being applicable for solvated biomolecules (2015)
  • Author(s): Norio Yoshida
  • Organizer: Pacifichem2015
  • Place of Presentation: Honolulu convention center, Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 2015-12-16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] チャネルロドプシンのイオン透過の理論的解析 (2015)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 新学術領域研究「柔らかな分子系」第13回ワークショップ「光駆動ナトリウムポンプからタンパク質の柔らかさと機能のつながりを考える」
  • Place of Presentation: 名鉄犬山ホテル，愛知県犬山市
  • Year and Date: 2015-10-29
  • Invited
• [Presentation] Theoretical study of ion transport pathway of channelrhodopsin (2015)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: "＜第11回 ワークショップ＞ 「生体分子の機能を制御する柔らかさ」 第53回生物物学会年会"
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス，石川県金沢市
  • Year and Date: 2015-09-14
  • Invited
• [Presentation] チャネルタンパク質のイオン輸送経路探索・液体論によるアプローチ (2015)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 分子研研究会「膜タンパク質内部のプロトン透過を考える」
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター，愛知県岡崎市
  • Year and Date: 2015-04-20
  • Invited
• [Presentation] 液体の統計力学理論でみる膜チャネルタンパク質の物質輸送 (2015)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 「統合分析・生物化学研究特区」公開講演会 メンブレンサイエンス研究の新潮流
  • Place of Presentation: 九州大学箱崎キャンパス，福岡市
  • Year and Date: 2015-03-20
  • Invited
• [Presentation] チャネルロドプシンのイオン輸送経路の理論化学 (2014)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 柔らかな分子系第2回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学会館，豊中市
  • Year and Date: 2014-11-28 – 2014-11-29
  • Invited
• [Presentation] 液体の統計力学理論でみる生体分子の溶媒和 (2014)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 奈良先端大生体分子セミナー
  • Place of Presentation: 奈良先端科学技術大学院大学，生駒市
  • Year and Date: 2014-11-18
  • Invited
• [Presentation] Efficient Implementation of 3D-RISM Theory to the FMO Method, and Its Applications (2014)
  • Author(s): Norio Yoshida
  • Organizer: International Meeting on Applications of Statistical Mechanics of Molecular Liquid on Soft Matter
  • Place of Presentation: Kasesart University, Bangkok
  • Year and Date: 2014-09-14 – 2014-09-17
  • Invited
• [Presentation] Molecular Recognition in Biomolecules Studied by Statistial-Mechanical Integral-Equation Theory of Liquids (2014)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 兵庫県立大学大学院工学研究科物質系工学専攻･セミナー
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学姫路キャンパス，姫路市
  • Year and Date: 2014-04-21
  • Invited
• [Remarks] Research Topics - Norio Yoshida
  • URL: https://sites.google.com/site/norioyoshida1973/research-topics