2016 Fiscal Year Annual Research Report
分子シミュレーションによる生体活性サイトの構造・機能相関の解明とデザイン
| Project Area | 3D Active-Site Science |
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| Project/Area Number |
26105012
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| Research Institution | Hiroshima City University |
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Principal Investigator |
鷹野 優 広島市立大学, 情報科学研究科, 教授 (30403017)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石北 央 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (00508111)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 活性サイト / 金属タンパク質 / ヘムタンパク質 / 光化学系II / 構造機能相関 / QM/MM計算 / 分子動力学法 / 密度汎関数法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、(1) 生体活性サイトの機能解明に向けた新しい分子シミュレーション技術の開発、(2)３Ｄ活性サイトの分子構造・電子状態の理論計算による精緻化、(3)金属タンパク質の機能発現要素の抽出を進めた。
(1)に関しては、分子動力学法によるタンパク質の機能発現に関わる効率的な構造変化探索法の開発として提案しているTaBoo SeArch法(TBSA法)の拡張として、複数の反応座標を用いて探索でき、さらに確率分布に閾値をもうけることでサンプリング方法を工夫する拡張を行った。また深層学習方法の一つである自己組織化マップ法でタンパク質の構造変化をクラスター解析する方法を提案した。深層学習の結果、大振幅のCα間距離情報が明確にクラスター化されていることが明らかとなった。
(2)、(3)に関しては、シトクロムc酸化酵素と同じ祖先から進化した有毒なNOを無毒なN2Oに変換する酵素である一酸化窒素還元酵素の一種であるP450norに関して、NO結合状態のQM/MM計算（ONIOM計算）を実施し、タンパク質環境によりNOがより折れ曲がった形で配位していることを示し、これがNADHからのヒドリドの付加に有利となりうることを示唆した。また、ヘムの構造と機能の相関性を解明することを目的として、ヘムの構造の統計分布解析を行った。PDBに登録されている全ヘムタンパク質結晶構造からヘムの骨格構造計3,748個を抽出し、得られた構造データに対して主成分分析を行った。また、B3LYP/6-31G(d)レベルでヘムのモデル分子の構造最適化・振動解析を行い、得られた振動モードを先の主成分と比較した。その結果、最も平均構造からの分散が大きい３つの主成分は最低周波数の３つの面外歪みの振動モード（saddling, ruffling, doming）に対応していることが明らかになった。
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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
当初の計画通り、シミュレーション技術の開発および生体活性サイトの精緻化、機能発現機構の解明に遂行できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度の研究を通じて、シミュレーション技術の開発および活性サイトの電子状態の理解や金属タンパク質の機能解明を進めることができた。平成29年度以降はこの成果をさらに発展させ、機能発現要素の抽出やデザインに繋げたいと考える。
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Research Products
(27 results)
