2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K07021
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
寺田 透 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任准教授 (40359641)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 分子動力学シミュレーション / タンパク質－リガンド結合 / リガンド結合パスウェイ / リガンド結合シミュレーション / 粗視化分子動力学法 / 変異体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度はタンパク質－リガンドペアとしてlevansucraseとsucroseを選定し、全原子モデルを用いたリガンド結合パスウェイ精密化と自由エネルギープロファイル計算を行った。この結果に基づき、変異体のモデルを試作し、予備的な粗視化リガンド結合シミュレーションを実施した。今年度はこの結果を検討し、3種類の変異体（変異体1、2、3と呼ぶ）を設計した。野生型に対する粗視化リガンド結合シミュレーションの結果、このタンパク質には3つのリガンド結合パスウェイ（Pathway A、B、Cと呼ぶ）が存在することが明らかになっている。ここでは変異によりリガンドの移動が妨げられることを期待し、最も主要なパスウェイ（Pathway A）付近に存在する3つのアミノ酸を、より大きな側鎖を持つアミノ酸にそれぞれ置換した。5 μsの粗視化リガンド結合シミュレーションを、野生型と変異体1については300回、変異体2、3については100回、いずれも初速とリガンドの初期配置を変えながら実施した。次いで生成されたトラジェクトリデータを解析し、リガンドの結合・解離速度定数を求めた。この結果、変異体1、2について結合速度定数が野生型より小さくなっていること、さらに変異体2については、解離速度定数が大きくなっていることが明らかとなった。リガンドの流束解析の結果、3種類の変異体いずれにおいても、野生型で観測された3つのリガンド結合パスウェイが観察された。また解離においても、同じパスウェイを通ることが明らかとなった。変異体1については、予想通りPathway Aを通るリガンドの流束が減少していることが明らかとなった。変異体2については、変異した側鎖が基質ポケットにあるリガンド結合部位と直接干渉していることが明らかとなった。変異体2においてリガンドの親和性が低下していたのは、この立体障害によると言える。
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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
昨年度の成果に基づき、3種類の変異体を設計し、そのうち1種類（変異体1）について予想通りリガンド結合速度が低下することが明らかとなった。結合速度定数は野生型の4分の1程度と、目標としていた5分の1程度には届かなかったが、実験による検証が可能なレベルであると期待される。また、計画に従いリガンド結合・解離パスウェイを解析し、いずれの変異体においても、野生型と同じリガンド結合パスウェイが観察されること、解離においても同じパスウェイを通ることが示された。これにより当初計画で提唱していた、結合パスウェイと解離パスウェイが重なるという予測の妥当性が示された。また、野生型と変異体1については、シミュレーションの回数を当初計画していた50～100回から、300回に大幅に増やし、リガンド結合・解離速度定数やリガンド流束を高い精度で求めた。以上から、本研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
変異体1のリガンド結合速度定数は野生型の4分の1程度であったが、リガンド解離定数は野生型と同程度であった。これは解離定数が野生型の4倍程度であることに相当し、リガンドの親和性が弱くなっていることを意味する。一方変異体1の変異アミノ酸は、リガンド結合部位と離れており、リガンドとタンパク質の間の相互作用にはあまり影響していないと期待される。解離イベントの数は結合イベントの数の10分の1程度と少ないため、シミュレーションを追加実行し精度の向上を図る。また、リガンドの運動をさらに詳細に解析し、変異によるリガンド結合速度低下のメカニズムを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
国内学会参加のための旅費を他の研究費から支出したことと、計画していた英文論文の一部の執筆が平成28年度中に完了しなかったため、英文校閲や投稿料の支出が少なくなったことにより差額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
差額分は、主に英文論文の校閲費や投稿料に支出する予定である。
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