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2012 Fiscal Year Final Research Report

Elucidation of the functional mechanism of ABC transporters using computer simulations

Planned Research

  • PDF
Project AreaWater plays a key role in ATP hydrolysis and ATP-driven functions of proteins
Project/Area Number 20118006
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 InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

SAKURAI Minoru  東京工業大学, バイオ研究基盤支援総合センター, 教授 (50162342)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) HARANO Yuichi  大阪大学, 蛋白質研究所, 特任准教授 (60456259)
Project Period (FY) 2008 – 2012
KeywordsABC トランスポータ / ATP / 水 / 水和自由エネルギー / 水和エントロピー / 水和エンタルピー / 蛋白質-リガンド結合自由エネルギー / ATP加水分解自由エネルギー
Research Abstract

We investigated the roles of water and ATP in the functional mechanism of ABC transporter and obtained the following conclusions: 1) the hydrolysis energies of ATP and its related compounds all converge to ~10 kcal/mol by the effect of hydration, 2) the main driving force of the protein-ligand complexation is the translational entropy of water (exclusion volume effect), 3) the binding-free energy of ATP can be converted to a power stroke like the dimerization of NBDs, 4) a long-range hydration force of enthalpic origin and the water-mediated attraction of entropic origin drive the NBD dimerization in ABC transporter.

  • Research Products

    (26 results)

All 2013 2012 2011 2010 2009 2008 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (20 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] The Power Stroke Driven by ATP Binding in CFTR As Studied by by ATP Binding in CFTR As Studied by Molecular Dynamics Simulations2013

    • Author(s)
      T. Furukawa-Hagiya, T. Furuta, S. Chiba, Y. Sohma, M. Sakurai
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 117 Pages: 83-93

    • DOI

      DOI:10.1021/jp308315w

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamics and structural changes induced by ATP and/or substrate binding in the inward-facing conformation state of P-glycoprotein2013

    • Author(s)
      Y. Watanabe, W-L. Hsu, S. Chiba, T. Hayashi, T. Furuta, M. Sakurai
    • Journal Title

      Chem. Phys. Lett

      Volume: 557 Pages: 145-149

    • DOI

      DOI:10.1016/j.cplett.2012.12.040

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation of Protein-Ligand Binding Free Energy Focused on its Entropic Components2012

    • Author(s)
      S. Chiba, Y. Harano, R. Roth, M. Kinoshita and M. Sakurai
    • Journal Title

      J. Comput. Chem

      Volume: 33 Pages: 550-560

    • DOI

      DOI:10.1002/jcc.22891

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Application of Hydration Thermodynamics to the Evaluation of Protein Structures and Protein-Ligand Binding2012

    • Author(s)
      Y. Harano
    • Journal Title

      Entropy

      Volume: 14 Pages: 1443-1468

    • DOI

      DOI:10.3390/e14081443

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Emerging New Technologies in Pharamcogenomics: Rapid SNP detection, molecular dynamic simulation, and QSAR analysis methods to validate clinically importantgenetic variants of human ABC Transporter ABCB1 (P-gp/MDR1)2010

    • Author(s)
      T. Ishikawa, A. Sakurai, H. Hirano, A. Lezhava, M. Sakurai, Y. Hayashizaki
    • Journal Title

      Pharmacology & Therapeutics

      Volume: 126 Pages: 69-81

    • DOI

      DOI:10.1016/j.pharmthera.2010.01.005

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Dynamics and structural changes of ABCB1 transporter induced by binding of substrates and inhibitors2012

    • Author(s)
      Wei-Lin Hsu, Y. Watanabe, T. Furuta, M. Sakurai
    • Organizer
      第50回生物物理学会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知)
    • Year and Date
      20120922-24
  • [Presentation] ATP-binding induced conformational change in CFTR as studied by MD simulation2012

    • Author(s)
      T. Hagiya, T. Furuta1, S. Chiba1, Y. Sohma, M. Sakurai
    • Organizer
      第50回生物物理学会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知)
    • Year and Date
      20120922-24
  • [Presentation] Calculation of the binding free energy of ATP to the nucleotide binding domain of an ABC transporter2012

    • Author(s)
      Y. Kaneta, S. Chiba, T. Furuta, M.Sakurai
    • Organizer
      第50回生物物理学会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知)
    • Year and Date
      20120922-24
  • [Presentation] 分子動力学シミュレーションによるABCトランスポーターMsbAにおけるカップリング・ヘリックス変異の構造的影響2012

    • Author(s)
      古田忠臣、山口知宏、加藤博章、櫻井実
    • Organizer
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知)
    • Year and Date
      20120620-22
  • [Presentation] ABCトランスポーターCFTRチャネルのATP加水分解駆動ゲーティング機構の解析2012

    • Author(s)
      小寺充彦、萩谷朋佳、古田忠臣、相馬義郎、櫻井実
    • Organizer
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知)
    • Year and Date
      20120620-22
  • [Presentation] MDシミュレーションによるCFTRタンパク質のATP結合誘導NBD二量体化の解析2012

    • Author(s)
      萩谷朋佳、千葉峻太朗、古田忠臣、相馬義郎、櫻井実
    • Organizer
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知)
    • Year and Date
      20120620-22
  • [Presentation] ATP-binding induced conformational change in CFTR of the inward-facing state using a simulation study2011

    • Author(s)
      T. Hagiya, T. Furuta1, Y. Sohma, M. Sakurai
    • Organizer
      第34回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      20111213-16
  • [Presentation] Unidirectional structure changes of ABC transporters driven by binding of ATP and its hydrolysis2011

    • Author(s)
      M. Sakurai
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大姫路書写キャンパス
    • Year and Date
      20110916-18
  • [Presentation] コンピューターシミュレーションから探るABCトランスポーターの動的構造と ATP 加水分解の関係2011

    • Author(s)
      田中 翔、櫻井実
    • Organizer
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      ホテル阪急エキスポパーク(吹田)
    • Year and Date
      20110607-09
  • [Presentation] A novel method for evaluating protein-ligand binding affinity based on thermodynamics: focusing on entropy2010

    • Author(s)
      S. Chiba, Y. Harano, M. Kinoshita and M. Sakurai
    • Organizer
      Pacifichem 2010 Congress
    • Place of Presentation
      ホノルル(アメリカ)
    • Year and Date
      20101115-19
  • [Presentation] Conformational change of mouse ABC transporter ABCB1 from an inward-facing conformation as studied by molecular dynamics simulation2010

    • Author(s)
      Y. Watanabe, D. Sato, M. Sakurai
    • Organizer
      第48回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      東北大
    • Year and Date
      20100920-22
  • [Presentation] MD simulation study on the atomic-level structure of ABCC7 (CFTR)2010

    • Author(s)
      W. Uchida, T. Hagiya, D. Satoh,Y. Sohma, M. Sakurai
    • Organizer
      第48回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      東北大
    • Year and Date
      20100920-22
  • [Presentation] ABCトランスポーターのヌクレオチド結合ドメインへのATPの結合エネルギーの計算2010

    • Author(s)
      金田祐輔、千葉峻太朗、古田忠臣、櫻井実
    • Organizer
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知)
    • Year and Date
      20100620-22
  • [Presentation] マウス ABCB1トランスポーターの Inward-facing構造からの分子動力学シミュレーション2010

    • Author(s)
      渡辺百合香、足立健太郎、櫻井実
    • Organizer
      第10回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      20100616-18
  • [Presentation] MDシミュレーションによる ABCC7 (CFTR) のクロライドイオン透過機構の解析2010

    • Author(s)
      打田和香、古川-萩谷朋佳、足立健太郎、相馬義郎、櫻井実
    • Organizer
      第10回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      20100616-18
  • [Presentation] Brief review and the present understanding of ATP hydrolysis energy2010

    • Author(s)
      M. Sakurai
    • Organizer
      International Symposium on Hydration and ATP Energy
    • Place of Presentation
      仙台秋保
    • Year and Date
      2010-03-08
  • [Presentation] リガンド-タンパク質間の結合自由エネルギーに対するマルチフィジクス的計算手法の比較および評価2009

    • Author(s)
      千葉峻太朗、野村淳磨、原野雄一、木下政弘、櫻井実
    • Organizer
      第9回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      熊本全日空ホテル
    • Year and Date
      20090520-22
  • [Presentation] 計算機シミュレーションによる ABCトランスポーターSav1866の薬剤排出機構の解明2009

    • Author(s)
      足立健太郎、櫻井実
    • Organizer
      第47回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      アスティ徳島(徳島)
    • Year and Date
      2009-11-01
  • [Presentation] 水のエントロピーに焦点を置いたタンパク質-リガンド間結合能の新規計算手法2009

    • Author(s)
      千葉峻太朗、野村淳磨、原野雄一、木下政弘、櫻井実
    • Organizer
      第47回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      アスティ徳島(徳島)
    • Year and Date
      2009-11-01
  • [Presentation] ATPの加水分解エネルギー-量子化学計算の現状-2008

    • Author(s)
      櫻井実
    • Organizer
      第46回生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場
    • Year and Date
      2008-12-04
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.cherry.bio.titech.ac.jp/

URL: 

Published: 2014-08-29  

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