2020 Fiscal Year Annual Research Report
Structural basis and physico-chemical evaluation for rational design and theoretical calculation of molecular engine
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
18H05425
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
村田 武士 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (80415322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長門石 曉 東京大学, 医科学研究所, 特任准教授 (30550248)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 発動分子 / 構造基盤 / 物理化学評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）発動分子の物理化学解析（長門石が担当）：本年度は、A01班が創出した生体発動分子の各種変異体に関して、DSC測定による熱安定解析にて成果が得られた。DSCのピーク形状より、多段階の変性が起こることが観察され、蛋白質の安定性が複数のドメインによって構成されていることが示唆された（論文準備中）。
（２）理論的耐熱化変異体作製技術の開発（村田が担当）：本年度は、光駆動発動分子に対する理論的耐熱化変異体予測法の開発を継続した。具体的には、サーモフィリックロドプシン（TR）の膜外部位のアミノ酸置換体の構造予測方法の検討と理論計算のエネルギー項の最適化を行った。その結果、２－４度程度耐熱化したTR変異体を４種類得ることに成功した（Proteins 89, 301-310, 2020）。
（３）生体発動分子の耐熱化と構造解析（村田が担当）：得られた光駆動発動分子（TR）の耐熱化変異体のホモロジーモデル構造を作成し、理論解析を行うことにより耐熱化メカニズムを明らかにした（論文準備中）。
（４）人工およびハイブリッド発動分子の構造解析（村田が担当）：人工合成した糖ペプチド分子とそれを認識する抗体分子の結晶化およびX線結晶構造解析に成功した（BBRC 533, 57-63, 2020）。
（５）発動分子の合理設計指針の提案（長門石、村田が担当）：回転型発動分子（V-ATPase）の立体構造情報とそれを用いたMDシミュレーションによる動的情報、Biacoreを用いた物理化学情報を統合することにより、本発動分子のATPに依存した作動原理を明らかにした（BBRC 533, 1413-1418, 2020）。これに基づき、回転発動分子の合理設計指針をA01, B01班に提案した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画通り、（１）生体発動分子変異体に関するフォールディング状態の同定、（２）光駆動発動分子の膜外領域に対する耐熱化変異体予測法の開発と耐熱化変異体の創出、（３）得られた耐熱化変異体の耐熱化メカニズムの提案、（４）人工糖ペプチドが結合した抗体分子の立体構造解明、（５）回転発動分子の合理設計指針の提案を行った。このため予定通り順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画に従って、各研究項目を継続する。特に公募班を含めて各班と連携を強化する。これにより各種発動分子に関する合理設計・理論計算するための物理化学評価と構造基盤の確立を行う。
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