2017 Fiscal Year Research-status Report
ファネル気体モデルによる細胞内混み合い環境下でのタンパク質複合体形成
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15K05246
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
菊池 誠 大阪大学, サイバーメディアセンター, 教授 (50195210)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | タンパク質折れたたみ / 分子混雑 / 格子気体モデル / ランダムエネルギーモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度の研究成果は以下の3点である。
(1)ファネル気体モデルの理論的整備を進めた。タンパク質の体積を変数とする自由エネルギーランドスケープが与えられれば、分配関数に含まれる分子混雑の効果は解析的に計算できてしまい、自由エネルギーランドスケープへの補正の形に厳密にまとめられる。補正項は各状態の体積に比例しており、比例係数は混雑分子の化学ポテンシャルで決まる。これにより、混雑分子を含む系は混雑分子を含まない系に形式的に書き直すことができることがわかり、見通しよく計算機シミュレーションを行うことができる。
(2)上記の「有効自由エネルギーランドスケーブ」の考え方をモデルタンパク質に応用した。具体的にはアップダウン・ベータバレルと4ヘリックス・バンドル構造を取るふたつの格子タンパク質モデルを対象とし、MSOE法によって混雑分子がない場合の自由エネルギーランドスケーブを求めた。これに上記の体積依存補正を加えることにより、混雑分子存在下での「有効自由エネルギーランドスケーブ」を求めた。結果として、混雑分子の濃度が上がるにつれて変性状態のうちで体積が大きな構造の自由エネルギーが上がり、実効的に天然構造が安定化されることがわかった。我々はこの結果を分子混雑がタンパク質折れたたみに与える影響の最も簡単な表現であると考えている。
(3)ファネル気体モデルの基礎となるタンパク質のファネル理論に関して、ランダムネットワーク上でのランダムエネルギーモデルを構築し、多様なファネル構造を実現する天然構造の特徴を議論した。
なお、これら成果をConference on Conputational PhysicsおよびBiophysical Society Meetingにて口頭発表し、関連する研究者と議論を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
自由エネルギーランドスケープに対する混雑分子の効果を解析的に表現し、ファネル気体モデルの理論を整備できたことは当初予定を超えた成果である。そのデモンストレーションとして二種類の格子タンパク質モデルの有効自由エネルギーを求めたのも当初予定を超えている。また、関連する問題として、タンパク質のファネル描像そのものを考えるためにランダムネットワーク上のランダムエネルギーモデルを構築したのも当初予定を超えた成果である。いっぽうで、当初計画していたファネル気体モデルのタンパク質多体系への応用は進まなかった。また、論文執筆も遅れている。予定を超えて進展した面と予定通りに進まなかった面があるため、評価は(2)とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
第一の目標はこれまでの成果を論文にまとめて公表することである。既に国際会議で概要は発表しているが、刊行論文とするにはもう少し計算を追加する必要がある。
次に、当初目的であったタンパク質多体系への応用に進める。まず考えるべき問題は二量体形成である。前述のとおり混雑効果の理論は既にできており、混雑分子がない場合の自由エネルギーランドスケープを求めればよい。そこで格子タンパク質モデルを用いて二量体の自由エネルギーランドスケープを計算する。それをもとにファネル気体モデルを構築する。多数のタンパク質が存在するときの二量体形成率と混雑分子の濃度との関係を調べ、二量体形成に対する分子混雑の影響を明らかにする。
また、ランダムネットワーク上のランダムエネルギーモデルについても研究途上であるため、計算を継続する。
これらについて論文を作成するとともに、成果を国際会議で発表する予定である。
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| Causes of Carryover |
タンパク質二量体の計算が予定通りに進まなかったことと論文が刊行できなかったために未使用額が生じたこと、また2018年開催の国際会議で発表することにしたため、次年度に繰り越した分もある。
使用計画は計算機使用料、論文投稿料、国際会議の参加費及び旅費である。
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Research Products
(2 results)
