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生体系固体NMR解析の高度化とスパースモデル

Publicly Offered Research

Project AreaInitiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling
Project/Area Number 26120501
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

出村 誠  北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 教授 (70188704)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2015: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2014: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords固体NMR / 膜タンパク質 / PRE / 安定同位体 / 圧縮センシング
Outline of Annual Research Achievements

生体系の固体NMR測定技術の高度化と圧縮センシングによる多次元NMRスペクトルの高速測定を進めた。
1)常磁性緩和促進を用いた測定感度の改善と立体構造解析:タンパク質の立体構造情報は、その動態を解析する上で重要な情報である。その中でも遠位核間の配置に関する情報は、二次構造間やドメイン間、モノマー間等の相互作用を反映するため特に重要である。モデルタンパクについて構造決定に用いたPRE構造制限の拘束条件が妥当であるか検証するために、固体状態で起こる常磁性体によるNMR信号強度減衰の数値解析をおこなった。その結果、有効な常磁性分子と反磁性分子比や、信号強度の減衰比を解明した。これらの研究成果は国際誌や国際学会で発表した。
2)圧縮センシングによる多次元NMRスペクトルの高速測定:固体NMRスペクトルは原理的に信号線幅が広く、さらに固体NMRの主要ターゲットである膜タンパク質等の試料は分子量が大きく、信号数も多い。加えて固体NMRの感度は試料の分子量に依存するため低感度になり、熱ノイズが相対的に大きくなる。これらは圧縮センシングにとって悪条件であり、再構成性能の低下は避けられない。よって、このようなシビアな条件での再構成性能評価は圧縮センシングの応用のために必須である。本研究では、未発表の膜タンパク質ナトリウムポンプ型ロドプシンを用いて、固体NMRにおける圧縮センシングの有用性を検証した。圧縮センシングを用いることで、10倍速でのデータ取得が可能となり、測定日数を半日に短縮できることが明らかとなった。動態解析では、様々な試料調製条件やパルスシーケンスのパラメータで測定することが多いため、10倍もの時間短縮には大きな意義がある。分子量が大きく、信号数が多い、また、感度が低い試料の測定においても圧縮センシングのアプローチは非常に有効であると考えられる。

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。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2016 2015 2014

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

  • [Journal Article] Structure determination of uniformly 13C, 15N labeled protein using qualitative distance restraints from MAS solid-state 13C-NMR observed paramagnetic relaxation enhancement2016

    • Author(s)
      H. Tamaki, A. Egawa, K. Kido, T. Kameda, M. Kamiya, T. Kikukawa, T. Aizawa, T. Fujiwara, M. Demura
    • Journal Title

      Journal of Biomolecular NMR

      Volume: 64 Issue: 1 Pages: 87-101

    • DOI

      10.1007/s10858-015-0010-0

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] スパースモデリングによる生体系固体NMR測定・解析の高度化2016

    • Author(s)
      田巻 初、出村 誠
    • Organizer
      文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究 “スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成” 2015年度公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      神戸大学統合研究拠点 コンベンションホール(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2016-03-06
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Application of compressed sensing to solid-state NMR measurements of heptahelical membrane protein2015

    • Author(s)
      田巻 初、出村 誠
    • Organizer
      International Meeting on “High-Dimensional Data Driven Science”
    • Place of Presentation
      メルパルク京都(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-12-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 固体NMR法を用いたナトリウムポンプ型ロドプシンの構造解析2015

    • Author(s)
      斉藤優太、田巻初、江川文子、菊川峰志、神谷昌克、相沢智康、藤原敏道、出村誠
    • Organizer
      第54回NMR討論会
    • Place of Presentation
      千葉工業大学津田沼キャンパス(千葉県習志野市)
    • Year and Date
      2015-11-06
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 固体NMRによるタンパク質測定への圧縮センシングの応用2015

    • Author(s)
      斉藤優太、田巻初、江川文子、菊川峰志、神谷昌克、相沢智康、藤原敏道、出村誠
    • Organizer
      第54回NMR討論会
    • Place of Presentation
      千葉工業大学津田沼キャンパス(千葉県習志野市)
    • Year and Date
      2015-11-06
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 固体NMRにおける常磁性緩和促進を用いたタンパク質立体構造解析2014

    • Author(s)
      田巻初,江川文子,木戸浩貴,亀田倫史,神谷昌克,菊川峰志,相沢智康,藤原敏道、出村誠
    • Organizer
      第53回NMR討論会
    • Place of Presentation
      大阪大学(吹田市)
    • Year and Date
      2014-11-04 – 2014-11-06
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Application of paramagnetic relaxation enhancement to solid-state NMR protein structure analysis2014

    • Author(s)
      Hajime Tamaki, Ayako Egawa, Kouki Kido, Tomoshi Kameda, Masakatsu Kamiya, Takashi Kikukawa, Tomoyasu Aizawa, Toshimichi Fujiwara, Makoto Demura
    • Organizer
      日本生物物理学会 第52回年会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(札幌市)
    • Year and Date
      2014-09-25 – 2014-09-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-04-04   Modified: 2018-03-28  

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