2018 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular dynamics simulations of protein complexes based on multi-resolution models
| 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 | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
杉田 有治 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (80311190)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
TAMA FLORENCE 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (20648191)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 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 / クライオ電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、蛋白質の動的な構造を計算科学と実験科学の融合により「活写」し、その機能発現の分子機構を理解することを目的としている。そのために、結晶を作らずに低温での単分子解析を実現するクライオ電子顕微鏡や結晶の中にContact Free Space (CCFS)を作る新しいX線結晶構造解析などと連携する。また、低温への冷却が蛋白質の構造とダイナミクスに与える影響を調べるために比較となる結晶状態の動的性質についても調べた。
クライオ電子顕微鏡を用いることで、近年、原子解像度に近い立体構造情報が得られるようになってきた。しかし、X線結晶構造解析で得られた立体構造の解像度にはまだ及ばないものも多く、複数の立体構造がこれらの手法で解かれた時に情報を、計算科学的にマージすることは大きな意味がある。そのための手法、Flexible Fitting法をTamaらを中心に開発してきたが、分子動力学ソフトウェアGENESISへの導入を完成し、さらに電子密度マップの計算を並列化により高速化することで、リボゾームやRNAポリメレーズなどの巨大な核酸・蛋白質複合体の構造精密化を実現できた。さらに、マルチスケールFlexible Fitting法を開発することに成功し、いくつかの蛋白質についてはより効率的に構造精密化を行うことができた。
Tamaグループは、本研究領域の代表である神田（九州大学）らと連携し、CCFSデータと分子動力学シミュレーションを比較した。異なる立体構造（実験によって決定された）からスタートした複数の分子動力学の結果を合わせることで、その構造アンサンブルはCCFSを持つX線結晶構造解析とよく一致することを示した。また、Casein Kinase 2と阻害剤の複合体の構造解析やTom21/pre-sequenceの複合体などの動的構造を含めた構造解析に貢献した。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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