2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K18520
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
森次 圭 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 特任准教授 (80599506)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | リガンド結合 / グルタミン酸受容体 / 分子動力学シミュレーション / 全原子構造探索 / MSES法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Multi-scale Enhanced Sampling (MSES)法では、全原子モデルと低自由度の疎視化モデルを連成させたマルチスケール手法により、全原子の解像度で効率的に構造空間探索を実行することができる。今年度の研究では、イオンチャネル共役型グルタミン酸受容体(iGluR)のリガンド結合過程に対してMSES法を適用し、全原子構造探索を行った。
iGluRはグルタミン酸結合を介してイオンチャンネルの開閉を制御しており、中枢神経系における記憶や学習等の脳の高次機能に重要な役割を果たしている。グルタミン酸結合・非結合のX線結晶構造が解かれており、グルタミン酸の結合と受容体タンパク質の大きなドメイン運動がカップルしている。MSESに必要な粗視化力場は、タンパク質・リガンド間相互作用とタンパク質ドメイン運動の両方の過程を効率的にシミュレートできるように構築した。パラメタ計算のためのテスト計算を終えたのち、16個のレプリカを用いたハミルトニアンレプリカ交換MSESを計300 nsにわたり完遂した。
得られた構造アンサンブルから自由エネルギーランドスケープを計算した結果、MSES法により複合体構造近傍だけではなく、グルタミン酸の結合解離とiGluRのドメイン運動両方の自由度について、広範な構造サンプリングが実現できた。また、複合体構造を最安定とするファネル状のランドスケープであることを示した。この結果は、iGluRグルタミン酸複合体のリガンド選択性の大きさを表していると言える。
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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
今年度の研究では、昨年度の研究であるグルタミン結合タンパク質の全原子構造探索シミュレーションについて解析を行い、結果を論文にまとめて投稿した。また、今年度の研究計画にあるイオンチャネル共役型グルタミン酸受容体のシミュレーションについては、300 nsのプロダクトランの実行を完遂した。来年度の研究では、今年度のシミュレーションについて詳細な解析を行い、結果を論文にまとめる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に実行したイオンチャネル共役型グルタミン酸受容体リガンド結合ドメイン(iGluR)のMSESシミュレーションの解析を行い、iGluR構造変化と共役したグルタミン酸の結合過程を原子レベルで明らかにする。タンパク質構造変化とリガンド相互作用の共役関係をiGluRの結合構造からのRMSDとグルタミン酸との原子コンタクト数に沿った2次元自由エネルギー面から探り、グルタミン酸が遷移・中間的な結合を経て結合する経路を網羅的に探索する。また、リガンド気結合パスに沿って起こる、iGluR構造変化、cleft構造の開閉、グルタミン酸とタンパク質側鎖間の原子相互作用、水和構造の変化といったイベントを詳細に追うことにより、iGluRのグルタミン酸結合過程の詳細を原子解像度で解析する。さらに、MSESで得られた結合経路上の遷移・中間構造をカイニン酸（PDB: 1FW0）やDNQX（PDB: 1FTWL）、AMPA（PDB: 1FTM）などのアゴニスト・アンタゴニストの複合体構造と比較し、基質としてのグルタミン酸とアゴニストの相互作用様式の違いがどの程度マクロなアゴニストの解離定数に効いてくるか、また、アンタゴニストの構造がリガンド結合経路のどこを阻害しているかといった問題点を、原子解像度で明らかにする。
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| Causes of Carryover |
昨年度の計画にあった、計算データバックアップ用途のストレージサーバを今年度も購入しなかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
来年度初旬に、計算クラスタも含めたストレージサーバを購入する。
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