2013 Fiscal Year Annual Research Report
原子解像度で探る巨大分子・分子集合体の柔らかさと機能の関係
| Project Area | Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment |
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| Project/Area Number |
25104002
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
北尾 彰朗 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 准教授 (30252422)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 柔らかさ / ダイナイミクス / 巨大分子 / 分子集合体 / 機能 |
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| Research Abstract |
本研究では、柔らかさの特徴を織り込んだ理論開発と柔らかさと機能の関係解明を進めている。また理論と実験の比較に基づく理論計算の改良と柔らかさの統合的な理解を目指した研究を行い、更に柔らかさを考慮した立体構造・分子機能の予測と設計を目指している。２５年度は、下記に関して、研究に大きな進展があった。
第1に、構造遷移パスウェイを効率的に探索するParallel Cascade Selection Molecular Dynamics (PaCS-MD)を開発した。ミニタンパク質シニョリンのフォールディング・アンフォールディングやT4リゾチームのオープン・クローズ繊維を効率的に観察できることを示した。
第2に、集団座標の関数として自由エネルギー地形を高効率で計算するMuSTAR MD (Multi-scale Sampling using Temperature Accelerated and Replica exchange Molecular Dynamics)を開発した。このシミュレーションでは従来の方法より効率的にエネルギーが高い構造空間も探索できることを実証した。
第3に、深海魚のアクチンが圧力耐性圧力耐性をもつ仕組みを分子動力学によって解明した3。深海魚はわずか2つのアミノ酸の変化によって、分子内の塩橋のパターンを組み替えて、ATPの結合とサブドメイン間の相互作用を安定化していることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
開発してきたシミュレーション法であるPaCS-MDは、当初考えていたよりサンプリングの効率が高く、適用範囲が広い可能性が出てきた。このことから当初想定した以外のタンパク質にも適用をテストできているから。
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| Strategy for Future Research Activity |
目的（１）柔らかさの特徴を織り込んだ理論開発と柔らかさと機能の関係解明のために、２５年度に引き続きシミュレーション法の応用・改良を進める。また、細菌べん毛繊維・アクチン繊維・I-BAR・TLR4など、いくつかの巨大分子・分子集合体に関して柔らかさと機能の関係解明を進めることを計画している。昨年度に引き続き、PaCS-MD (Parallel Cascade Selection Molecular Dynamics)法を改良して、構造変化のパスウェイだけではなく、自由エネルギーも計算する手法としても確立することをめざす。
目的（２）理論と実験の比較に基づく理論計算の改良と柔らかさの統合的な理解のためには、下記のそれぞれの研究内容について、昨年度に引き続き研究をおこなう。スペクトルと構造ダイナミクスの関係を明らかにするために、シミュレーションから得られた複数のコンフォーマーに関してそれぞれスペクトル計算をおこない、実験と比較する。前年度に続いてエネルギーフロー研究と比較する分子動力学計算を行う。実験で得られる官能基の局所的情報と分子動力学による原子レベル・分子全体の情報の対応関係を解明する研究は前年度より開始しているが、今年度はPaCS-MDを用いてより広い構造空間をカバーする研究を推進する。
目的（３）柔らかさを考慮した立体構造・分子機能の予測と設計のためには、これまでに継続して、柔らかさが分子機能に密接に関係したタンパク質の改変による機能変化の予測をおこなう。
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