1994 Fiscal Year Annual Research Report

チャンネルタンパク質内イオン透過機構の研究

Research Project

Project/Area Number	06680626
Research Institution	Tokyo University of Science
Principal Investigator	山登一郎東京理科大学, 基礎工学部, 助教授 (70111458)
Keywords	チャンネルタンパク質 / ポリン / 分子動力学シミュレーション / 自由エネルギー摂動計算
Research Abstract	Rosenbusch教授らが結晶構造解析に成功した大腸菌外膜ポリンは、低分子量物質の拡散孔であると同時に膜電位依存のイオンチャンネル活性を示し、チャンネルタンパク質の格好のモデル系と考えられる。本研究では、イオン透過の様子やイオン選択性の原理について情報を得るため、本ポリン中のイオン透過過程の分子動力学シミュレーションと、アミノ酸変異の効果について自由エネルギー摂動計算による予測を行った。本研究は、ほぼ計画通りに遂行できたが、その一部、当初予定の分子生物学・生化学的研究は未完成のままである。計算機シミュレーションによる研究:X線結晶構造解析より得られたポリンの座標を初期構造として、膜電位存在下の分子動力学シミュレーションを行った。イオン透過過程に重要な役割を果たすチャンネル部分を構成するアミノ酸やイオン・水の動的挙動の情報を得た。特に荷電アミノ酸とイオンとの直接のイオン結合や水を介した水和のネットワークが観察された。これは本シミュレーションにより初めて明らかになった情報である。さらに、その結合構造を基に、アミノ酸変異の効果を調べ、実験で得られているイオン透過活性の変化を説明しうる結合の自由エネルギー変化を予測できた。これらの結果より、イオン透過過程におけるこれらアミノ酸の役割がイオンとの結合の安定性に依っていること、及びイオン選択性を予測できる可能性が示されたと考える。分子生物学・生化学的研究:ポリンを含む膜タンパク質の再構成リポソームを用いた電気生理学的実験系を確立した。現在は、これまでに得られているチャンネル活性の追試に成功した段階である。今後この系を用いて、シミュレーションにより得られた各種変異の効果の予測を、実験的に確認していく予定である。

Research Products
(8 results)

All Other

All Publications (8 results)

[Publications] I.Yamato: "Site-specific alteration of arginine-376,the unique positively charged amino acid residue in the mid-membrane spanning regions of the proline carrier of E.coli." J.Biol.Chem.269. 5720-5724 (1994)
[Publications] K.Takase: "Sequencing and charcterization of the ntp gene cluster for vacuolar type Na^+-translocating ATPase of Enterococcus hirae." J.Biol.Chem.269. 11037-11044 (1994)
[Publications] 山登一郎: "タンパク質をデザインする一生命科学における第2の暗号解読問題" Sut Bulletin. 8. 36-41 (1994)
[Publications] Y.Komeiji: "Glycine-85 of the trp-repressor of E.coli is important in forming the hydrophobic tryptophan hinding pocket・experimental and computational approaches." Prot.Engng.7. 1239-1247 (1994)
[Publications] Y.Komeiji: "Molecular dynamics simulations of trp apo-and holorepressors:domain structure and ligand-protein interaction" Proteins:Structure,Function,and Genetics. 20. 248-258 (1994)
[Publications] 丸山明子: "酸化LDLのスーパーオキサイド産生能及び好中球からのスーパーオキサイド産生誘導能" 帝京医学雑誌. 17. 511-521 (1994)
[Publications] 山登一郎: "薬学研究の進歩10巻" 薬学研究奨励財団, (1994)
[Publications] A.Suenaga: "Progress in Cell Research:Molecular Biophysics of lon Channels" Elsevier Sci.Pub.(in press), (1995)

1994 Fiscal Year Annual Research Report

チャンネルタンパク質内イオン透過機構の研究

Principal Investigator

山登 一郎 東京理科大学, 基礎工学部, 助教授 (70111458)

Research Products

[Publications] I.Yamato: "Site-specific alteration of arginine-376,the unique positively charged amino acid residue in the mid-membrane spanning regions of the proline carrier of E.coli." J.Biol.Chem.269. 5720-5724 (1994)

[Publications] K.Takase: "Sequencing and charcterization of the ntp gene cluster for vacuolar type Na^+-translocating ATPase of Enterococcus hirae." J.Biol.Chem.269. 11037-11044 (1994)

[Publications] 山登一郎: "タンパク質をデザインする一生命科学における第2の暗号解読問題" Sut Bulletin. 8. 36-41 (1994)

[Publications] Y.Komeiji: "Glycine-85 of the trp-repressor of E.coli is important in forming the hydrophobic tryptophan hinding pocket・experimental and computational approaches." Prot.Engng.7. 1239-1247 (1994)

[Publications] Y.Komeiji: "Molecular dynamics simulations of trp apo-and holorepressors:domain structure and ligand-protein interaction" Proteins:Structure,Function,and Genetics. 20. 248-258 (1994)

[Publications] 丸山明子: "酸化LDLのスーパーオキサイド産生能及び好中球からのスーパーオキサイド産生誘導能" 帝京医学雑誌. 17. 511-521 (1994)

[Publications] 山登一郎: "薬学研究の進歩10巻" 薬学研究奨励財団, (1994)

[Publications] A.Suenaga: "Progress in Cell Research:Molecular Biophysics of lon Channels" Elsevier Sci.Pub.(in press), (1995)

山登一郎東京理科大学, 基礎工学部, 助教授 (70111458)