Exploring regulatory association and dissociation processes of biological molecules constituting a functional module

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions
• Project/Area Number: 25102003
• 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: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: Kamikubo Hironari 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20311128)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片岡 幹雄 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, サイエンスコーディネーター (30150254)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: X線溶液散乱 / タンパク質 / 分子複合系 / 多成分平衡状態 / 相互作用解析 / μ流路 / 光センサータンパク質 / 情報伝達

Outline of Final Research Achievements

We have developed a new analytical method that would enable us to perform structure and interaction analyses on multi-component equilibrium systems. Here, we have successfully developed the microfluidics-based, auto sampling equipment designed for continuous titration SAXS. Using this newly designed equipment, we can automatically collect numerous scattering profiles while altering the molar ratios of each component involved in the multi-component equilibrium; thus, enabling us to determine the system’s free energy landscape of the multi-component equilibrium. We performed a feasibility study of titration-SAXS measurements on a signal transduction system, which allow us to extract scattering curves of multiple complexes and their concentration dependence. The method is found to be applicable in wide range of understanding the dynamical ordering of complex molecular systems.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

以上の研究を通じ、当初目的としていた多成分混合溶液の動的秩序を解析する新しい手法を提案することに成功した。更に、Native-MSや高速AFM等の測定手法を統合的に活用することによって、複雑な系であっても定量的な解析が可能であることを示すことができた。ここで示した統合解析は、タンパク質に一般的な性質、すなわち、分子量、分子形状、分子形状変化を指標としており対象を選ばない。今後は、より生理学的、薬理学的に重要度が高いタンパク質集団の動的秩序を解析し、生理活性や薬理活性の機序を分子論に明らかにすることで新たな作用機序に基づいた創薬の実現を目指す。