2014 Fiscal Year Annual Research Report
マルチレゾリューション法を用いたタンパク質複合体の高解像度動的解析
| Project Area | Novel measurement techniques for visualizing 'live' protein molecules at work |
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| Project/Area Number |
26119006
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
杉田 有治 独立行政法人理化学研究所, 杉田理論分子科学研究室, 主任研究員 (80311190)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
TAMA FLORENCE 独立行政法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 研究ユニットリーダー (20648191)
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| Project Period (FY) |
2014-06-27 – 2019-03-31
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| Keywords | 分子動力学 / 粗視化分子モデル / マルチスケール法 / 生体超分子複合体 / 構造解析法 / 膜蛋白質 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、膜蛋白質や生体超分子などが機能発現する姿を捉えるために、分子シミュレーションと電子顕微鏡や高速AFMなど低解像度な動的構造情報を与える実験データを組み合わせ、動的構造を活写することを目指す。本年度の研究では計算手法とソフトウェアの開発に重きを置き、全原子分子動力学のみならず、粗視化分子モデルを用いた分子動力学法の開発に取り組んだ。特に、よく使われるCa原子のみを用いた粗視化モデルに加えて、全原子を用いた粗視化モデルの構築を行った。これらを当研究室で開発中の分子動力学ソフトウェア（GENESIS）に組み込み、デバッグとテストを行っている。また、大規模構造変化を解析するツールであるMotion Tree法（名大太田、小池らによって開発された）を膜蛋白質の大規模構造変化の解析に応用した。特に複数の立体構造が解かれている場合にMotion Tree法を用いることで事前の知識をほとんど必要としなくても、構造変化の基本単位を予測しうることを示した。イオンポンプの６つの構造変化にMotion Tree法を適用することで、酵素反応サイクル中に共通してみられる剛体部分の役割、構造変化部分の機能について議論することができた。また、このアイデアを粗視化分子モデルを用いた分子動力学法に生かすことによって、特に複数の剛体（ドメイン）からなる蛋白質の大規模構造変化を効率良く、また、安定にシミュレーションできることを示した。この結果については現在、論文にまとめており近日中に投稿する予定である。
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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
本研究は、概ね順調に進展している。特に、粗視化分子モデルの開発においては今年度大きな進展があったため、低解像度実験データが得られた場合にそれを用いた解析を速やかに行うことができる。共同研究者のTama Florenceの研究室においても、GENESISを用いた方法論開発とソフトウェア開発が進んでいる。昨年度末にTama博士が理研から名大理学部に教授として移動したため、ソフトウェアの連携がまだできていないが、次年度の取り組みとして強化していきたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記項目にも記述したが、分担研究者のTama Florenceのグループとより深い連携を行い、低解像度実験データを分子動力学ソフトウェアGENESISにおいても活用できるようにしていく必要がある。そのための議論を行ってきたが、今後は実質的にソフトウェアの統合を目指していくことで、両グループの研究が進展するものと思われる。新学術領域（動的構造生命）に所属する実験チームとの連携研究も、今後はより本格化させる。すでに杉田グループと奈良先端大の塚崎グループ、杉田グループと九大神田グループとの連携の議論や予備的な共同研究は進んでおり、大きな成果に向けて取り組む。また、Tamaグループも電子顕微鏡像を用いた高解像度原子モデルの構築において、今後の班会議などの機会を通じて実験グループとの連携を模索していく。
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Research Products
(8 results)
