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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Flexibility, interactions, and function control mechanisms in multi-domain proteins

Research Project

Project/Area Number 15H04357
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

北尾 彰朗  東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (30252422)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Keywordsタンパク質 / ドメイン / フレキシビリティ / 協働性 / 分子シミュレーション
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、マルチドメインタンパク質の構造フレキシビリティ、ドメイン間の相互作用と機能の協働性を解明することを目指している。具体的には、(1)マルチドメインタンパク質のフレキシビリティを高度な分子シミュレーションによって予測する、(2)異なる機能を持つ複数のドメインから構成されるタンパク質におけるドメイン間の機能の協働性を明らかにする、(3)単量体ではフレキシブルなマルチドメインタンパク質が、集合して多量体を形成するメカニズムを解明する。
研究対象としているFlhAは細菌べん毛の輸送装置を形成するタンパク質であり、細胞質ドメインの構造が得られている。単量体に関しては前年度から行ってきた、PaCS-MD(Parallel Cascade Selection Molecular Dynamics)で広い構造空間を探索し、更にMSM(Markov State Model)を用いた自由エネルギー地形の解析を更に複数回行い、より統計性を増した。前年度に既に温度感受性変異体であるG368Cでは、300Kでは自由エネルギーにはそれほど大きな変化はないものの、315Kではドメイン2と4が近づいたクローズ構造が安定であることを見出していたが、統計性を増したデータによってこの結果をより強く裏付けることができた。また類縁蛋白質の多量体構造に基づいて阪大・南野准教授や難波教授らによって構築された9量体モデルを初期構造として、長時間のMDシミュレーションを300Kおよび315Kで実施してその構造変化を調べ、多量体形成によるフレキシビリティの変化と、変異の影響の解明を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

FlhAにおいて、単量体の大きな構造変化に伴う自由エネルギー変化をPaCS-MDとMSMから計算が完了し、また9量体のMD計算が進展したことから、順調に研究が進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

目的(1)である、マルチドメインタンパク質のフレキシビリティを高度な分子シミュレーションによって予測することがFlhAを対象にして進展してきたことから、マルチドメインタンパク質の構造バリエーションを生成し、目的(3)についてより本格的に取り組む。具体的にはFlhA 9量体モデルを用いた計算を継続し、9量体形成による効果をより詳しく解明する。
また目的(2)に関しては、デングウィルスのNS3タンパク質に注目し、プロテアーゼドメインとヘリケースドメインの連携についてPaCS-MDによる解析を行う。

  • Research Products

    (20 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] University of East Anglia(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      University of East Anglia
  • [Int'l Joint Research] 国立精華大学(その他の国・地域 台湾)

    • Country Name
      その他の国・地域
    • Counterpart Institution
      国立精華大学
  • [Journal Article] Binding free energy analysis of protein-protein docking model structures by evERdock2018

    • Author(s)
      Takemura Kazuhiro、Matubayasi Nobuyuki、Kitao Akio
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 148 Pages: 105101~105101

    • DOI

      10.1063/1.5019864

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Origins of biological function in DNA and RNA hairpin loop motifs from replica exchange molecular dynamics simulation2018

    • Author(s)
      Swadling Jacob B.、Ishii Kunihiko、Tahara Tahei、Kitao Akio
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 20 Pages: 2990~3001

    • DOI

      10.1039/C7CP06355E

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Protein-Ligand Dissociation Simulated by Parallel Cascade Selection Molecular Dynamics2017

    • Author(s)
      Tran Duy Phuoc、Takemura Kazuhiro、Kuwata Kazuo、Kitao Akio
    • Journal Title

      Journal of Chemical Theory and Computation

      Volume: 14 Pages: 404~417

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.7b00504

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Salt Bridge Formation between the I-BAR Domain and Lipids Increases Lipid Density and Membrane Curvature2017

    • Author(s)
      Takemura Kazuhiro、Hanawa-Suetsugu Kyoko、Suetsugu Shiro、Kitao Akio
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 7 Pages: 6808-1-10

    • DOI

      10.1038/s41598-017-06334-5

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Electron Fate and Mutational Robustness in the Mechanism of (6-4)Photolyase-Mediated DNA Repair2017

    • Author(s)
      Dokainish Hisham M.、Yamada Daichi、Iwata Tatsuya、Kandori Hideki、Kitao Akio
    • Journal Title

      ACS Catalysis

      Volume: 7 Pages: 4835~4845

    • DOI

      10.1021/acscatal.7b00751

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] High quality rendering of protein dynamics in space filling mode2017

    • Author(s)
      Matthews Nick、Easdon Robert、Kitao Akio、Hayward Steven、Laycock Stephen
    • Journal Title

      Journal of Molecular Graphics and Modelling

      Volume: 78 Pages: 158~167

    • DOI

      10.1016/j.jmgm.2017.09.017

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structure of the MotA/B Proton Channel2017

    • Author(s)
      Kitao Akio、Nishihara Yasutaka
    • Journal Title

      Methods in molecular biology

      Volume: 1593 Pages: 133~145

    • DOI

      10.1007/978-1-4939-6927-2_10

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] PaCS-MDでみる蛋白質の柔らかさ・離合集散と機能2017

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      第17回日本蛋白質科学会年会
    • Invited
  • [Presentation] Electron fate and mutational robustness in the mechanism of (6-4) photolyase-mediated DNA repair2017

    • Author(s)
      Hisham M. Dokainish, Daichi Yamada, Tatsuya Iwata, Hideki Kandori and Akio Kitao
    • Organizer
      5th AWEST 2017 the 5th Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications”
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Protein-protein complex structure prediction using the solution theory in the energy representation2017

    • Author(s)
      竹村和浩, 松林伸幸, 北尾彰朗
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会
  • [Presentation] MD シミュレーションを用いた構造サンプリングによるドッキングタンパク質ータンパク質複合体結合自由エネルギー評価の精密化2017

    • Author(s)
      信夫愛, 竹村和浩, 北尾彰朗
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会
  • [Presentation] Improvement of PaCS-MD based Flexible Docking Methods2017

    • Author(s)
      Phuoc Duy Tran and Akio Kitao
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会
  • [Presentation] 生体高分子の離合集散ダイナミクス2017

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      第66回高分子討論会
    • Invited
  • [Presentation] Protein-peptide dissociation at high pressure studied by parallel cascade selection molecular dynamics simulations2017

    • Author(s)
      畑宏明, 西原泰孝, 西山雅祥, 川 郁朗, 北尾彰朗
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会
  • [Presentation] Dissociation and Association Dynamics of Proteins2017

    • Author(s)
      Akio Kitao
    • Organizer
      TSRC Workshop on Protein Dynamics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] In Silico創薬におけるスクリーニングの高速化、高精度化技術2018

    • Author(s)
      北尾彰朗、畑宏明(第2章第2節著)
    • Total Pages
      540
    • Publisher
      技術情報協会
  • [Remarks] 北尾研究室

    • URL

      http://www.kitao.bio.titech.ac.jp/

  • [Remarks] 北尾研究室 Web Service and Software Download

    • URL

      http://kitao02.bio.titech.ac.jp/

URL: 

Published: 2019-12-27   Modified: 2022-08-25  

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