2016 Fiscal Year Research-status Report
タンパク質の動的特性を特徴づけるための分子内動的構造ネットワーク解析法の開発
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16K00407
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
輪湖 博 早稲田大学, 社会科学総合学術院, 教授 (60158607)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | タンパク質の立体構造 / タンパク質の動的構造 / 基準振動解析 / ネットワーク解析 / Protein Data Bank |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【研究目的】本研究は、タンパク質立体構造の動的特性を特徴づけるために、複雑系などで利用されているネットワーク理論を援用し、分子内動的構造ネットワーク解析の方法論を開発することを目的としている。【研究方法】タンパク質立体構造データベース（PDB）から得られる静的構造情報にわれわれが開発した基準振動解析プログラムを適用し、主として残基間の動きの相関を各基準振動モードに対して求める。そして、空間的に隣接し、正の強い相関を持って運動する残基で構成されるネットワークを考え、これにネットワーク解析法を適用する。この解析にはさまざまな特性量が提案されており、本課題の目的に適した特性量を見出すことからスタートした。【研究成果】ネットワーク解析の特性量の中で、中心性指標（betweennessなど）は、構造的に、あるいは機能的に重要なアミノ酸残基を特定するのに適していると考えられ、クラスター指標は、動的構造を記述する上で有用なドメインを定義するのに適していると考えた。そこで、これらを計算するためのプログラムを作成し、いくつかの酵素に適用して、各酵素の生化学的知見と対応させながらその有効性を検討した。計算対象とした酵素は、基質が結合した立体構造と、結合していない立体構造がともに決定されており、しかも相互に顕著な差があるものをいくつか選んだ。ネットワークは、振動数の低い方から10個の基準振動モードそれぞれについて定義し、上記の特性量を計算、その酵素の立体構造の特徴や機能部位との関連性などを調べた。その結果、いくつかのモードについて、中心性指標の高い部位と活性部位とが極めてよい相関をもつことを見出した。
その他、タンパク質の折れたたみ過程との対応関係を検討するために、われわれが開発した折れたたみの統計力学モデルの改良、われわれが構築した基準振動解析データベースの充実なども行った。
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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
ネットワーク解析では、さまざまな特性量が提案されており、タンパク質の動的構造を特徴づけるにはどのような特性量が適しているかを検討するのが1年目の目標であった。おおむねその目的は達成できたと言えよう。また、タンパク質の折れたたみの統計力学的モデルの結果とネットワーク解析との相関等を考えることを3年目に予定していたが、折れたたみ過程の統計力学モデルの再検討を前倒しして行い、その成果を論文にまとめ報告した。
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| Strategy for Future Research Activity |
PDB に登録されたタンパク質の立体構造データについて、酵素だけでなく、より多くの種類のタンパク質に適用し、解析することを目指し、その準備を進めていく。
①アロステリック効果を示すタンパク質は、空間的に離れたアミノ酸残基間のコミュニケーションがいかに行われているかという観点から重要な対象であり、優先的に調査する。
②相同タンパク質への適用： 複数の相同タンパク質について結果を比較する。これにより、これまで行われてきたアミノ酸配列上の保存、立体構造上の保存という静的構造に関する情報に、動的構造上の保存という新たな情報が加わり、タンパク質の動的構造と機能の相関に関してこれまでにない知見を加えてくれるものと期待できる。
③統計的解析： いくつかの指標が、それぞれどのような立体構造のゆらぎを表現しているかが明らかになれば、それらの指標が比較的高い（あるいは低い）振動モードをもつタンパク質を抽出することができる。複数の指標が関わるであろうから、それらの組み合わせで似た振動モードをもつタンパク質の集合が得られるであろう。すなわち、動的構造に基礎を置いたタンパク質立体構造の新たな分類法の発見などへと発展させることが可能であり、これまでの静的立体構造の分類とは異なる新たな視点を提供することができると考えている。
④ネットワーク解析の特性量と機能との相関： とりわけ、こうして得られた立体構造の分類とタンパク質の機能との相関を明らかにすることが重要な研究課題となろう。ただし、それぞれのタンパク質の機能との相関は、既存のデータベースとの照合からコンピュータベースで調べることは難しく、文献からの情報と照らし合わせながら地道に進めることが重要であり、多くの時間を必要とするため、次年度にかけた取り組みとなろう。
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| Causes of Carryover |
ほぼ予算通りであり、繰り越しは少額である。敢えて使い切るために購入するほどの物品がなかったので、次年度に繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
消耗品費等に使用する
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