2021 Fiscal Year Annual Research Report
Informational thermodynamics of biomolecular crowding systems in water
| Project Area | Chemical Approaches for Miscellaneous / Crowding Live Systems |
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| Project/Area Number |
17H06353
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
田中 成典 神戸大学, システム情報学研究科, 教授 (10379480)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 分子動力学法 / 細胞内分子夾雑 / タンパク質多量体 / 非平衡解離過程 / 加水分解反応 / 発熱反応 / 温度緩和 / エネルギー移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度の成果としては、まず、本研究プロジェクトで開発した混合モンテカルロ分子動力学法を用いて、トリプトファン合成酵素4量体などの多量体タンパク質の解離経路探索を行い、質量分析法と整合する結果を得ることができた。細胞内夾雑環境を想定して我々が新たに開発した多量体タンパク質解離過程に対するシミュレーション手法により、質量分析や多タンパク質ドッキングシミュレーションでは得られない全原子構造遷移トラジェクトリーを計算することが可能となり、解離過程の分子ダイナミクスを解析する上での基礎を与えるとともに、従来の手法では到達できない時間スケールで進行する現象を初めて扱えるようになった。今年度はさらに、力場切り替え法を用いた実効的な化学反応シミュレーション手法の開発と応用を行い、化学反応直後でリガンド分子の変化が力学的仕事の発生に本質的役割を果たすことを示した。具体的には、Rasタンパク質をモデルとしてGTP加水分解による力学的仕事がリン酸結合ループ（P-loop）に保持されることを明らかにした。このモチーフはATPaseおよびGTPaseに広く存在し、Ras以外のP-loopに関しても力学的仕事の保持機能を持つことが期待されるため、本手法はGTPやATPの加水分解に限らず化学反応素過程一般に対して汎用的に用いることができ、「複合化学反応シミュレーション」における反応モデリング手法となり得、現実的計算コストでの生化学反応群のシミュレートの実現につながる。また、ここで対象としたRas-GAP-GTP系に対し、非平衡解離過程にあるタンパク質複合体における化学反応（発熱反応）に伴う温度・熱緩和の微視的なシミュレーション解析を行い、タンパク質の構造変化に利用できる方向性を持った（質の高い）運動エネルギーやそれに付随した温度の緩和が極めて速い（ピコ秒以下）ことを見出した。
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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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