タンパク質のフォールディング過程のシミュレーション

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15300101
• Research Institution: Ochanomizu University
• Principal Investigator: 郷 通子 お茶の水女子大学, 学長 (70037290)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 健一 長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 助教授 (20322737)
• Keywords: フォールディング / モジュール / 分子動力学計算 / プロテインG / バルナーゼ / AMBER / 疎水性コア / 二次構造

Research Abstract

タンパク質は、膨大な構造的自由度を持つにもかかわらず、ほんの生理的な時間の範囲で特異的な天然構造へ折れたたまれる。そのしくみは、階層的な構造形成によると思われるが、その実体を明らかとする目的で、タンパク質のアンフォールディング・シミュレーションから、その逆過程であるタンパク質フォールディング過程の中間微細構造を解析した。特に、タンパク質の天然構造に見られる階層性として、球状ドメインが十数残基程度のコンパクトにまとまった構造単位(モジュール)の集合体と捉えることができる点に注目して、フォールディング過程におけるモジュールの振舞いを解析した。バルナーゼのアンフォールディング・シミュレーションとして、498Kの分子動力学計算を独立に10回実行し、共通に見られるアンフォールディング過程の特徴を抽出した。天然構造に存在する疎水性コアや二次構造は、時間とともに徐々に崩れていき、最後には、非常に限られた局所構造が天然様に保持される以外はほとんど消失した。これは既知の実験結果と整合する結果である。この大きくほどけた状態においても、天然構造で見られる階層的構造(モジュール構造)が保たれていることが、我々の解析で初めて明らかとなった。また、モジュールの両端付近にある疎水性残基どうしの相互作用が高い割合で保持されており、これがモジュール構造を保つ主要因と考えられた。これらの結果から、バルナーゼのフォールディング過程の初期にモジュール構造が形成され、それが構造探索空間を大幅に狭める役割を果たしている描像が得られた(投稿予定)。プロテインGのアンフォールディング・シミュレーションについては、既知の実験結果と整合しない問題が残った。プロテインGは非常に安定性が高く、シミュレーションの温度を相当に高く設定せざるを得ない点が問題と思われ、今後安定性の低い変異体の解析を予定している。