2015 Fiscal Year Annual Research Report
タンパク質デザイン実験と理論計算による膜タンパク質のフォールディング原理の研究
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15J02427
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| Research Institution | The Graduate University for Advanced Studies |
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Principal Investigator |
佐久間 航也 総合研究大学院大学, 物理科学研究科, 特別研究員(DC1)
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2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | タンパク質デザイン / 構造インフォマティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まずall-α構造をもつタンパク質を網羅的にデザインする手法の開発を目指した。本手法が確立されれば、球状タンパク質から膜タンパク質を含む、多様なall-αタンパク質をデザイン可能となる。
(1) all-αタンパク質では、αヘリックスの長さとそれらを繋ぐループ部分のコンフォーメーションの組み合わせにより構造の多様性が生じると考えられる。このうちループ部分の構造は一見無秩序であり、物理化学的に実現可能な全ての状態を探索することは困難である。 そこで天然のタンパク質結晶構造を網羅的に解析することで、Helix-loop-helix(HLH)構造における典型的なαヘリックスの配置パターンを抽出することを試みた。結果、HLH構造が与えうる二本のαヘリックスの配置には、明確な傾向が認められ、連続的に分布するHLH構造を離散的に取り扱うための指針が得られた。この結果をもとに、出現頻度の高い配置パターンをあたえるHLH構造を選ぶことで、all-αタンパク質の網羅的デザインに用いる部分構造のセットを得た。
(2) (1)で得られた典型的ループ構造セットと理想的なαヘリックスの組み合わせにより、総当たり的に主鎖構造アンサンブルを生成した。それらを分子の形状を表現する指標により分類し、多様な主鎖構造が生成されていることを確認した。
(3) (2)で得られた膨大な主鎖構造から、デザイン可能性の高いと考えられる構造を主鎖構造の段階で選択する手法を考案した。このように選ばれた主鎖構造に対して、アミノ酸配列のデザインを行い、実験的に物性を検証している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
デザインに先んじた構造インフォマティクスの部分では、既存のループ構造の分類手法とは異なる、デザインを主眼においたアプローチを取ったため、多少時間的に遅れがあった。しかし、この段階で本質的な情報を引き出すことができたため、後に続く主鎖構造デザインが効率化された。目的とするクラスのタンパク質について構造生物学的理解が深まり、それに基づいて計算機上でのデザイン手法を確立することができたので、総じて順調に研究が進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
１００残基程度の水溶性タンパク質に関しては、計算機上でのデザイン手法をほぼ確立することができたので、今年度は、これによりデザインしたタンパク質の物性を実験的に検証する。これと並行し、より大きな構造（目標としては、２００残基程度）を効率良く網羅的に生成する計算手法を開発する。また、これまで生成した構造には膜タンパク質様の構造も含まれているので、構造インフォマティクスと関連させながら、脂質二重膜与える幾何的制約下で実現可能な主鎖構造を選択する手法を開発する。
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Research Products
(1 results)
