2018 Fiscal Year Annual Research Report

Development of intra-molecule dynamic structure network analysis method to characterize protein dynamics

Research Project

Project/Area Number	16K00407
Research Institution	Waseda University
Principal Investigator	輪湖博早稲田大学, 社会科学総合学術院, 教授 (60158607)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
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 / 多量体 / T細胞受容体 / 中心性指標
Outline of Annual Research Achievements	【研究目的】タンパク質の立体構造は、その静的構造を特徴づけるさまざまな特性量が提案され、理解が進んできた。しかしその動的様相に関しては、まだそうした特性量が十分には検討されていない。そこで本研究では、タンパク質の動的構造を特徴づける新たな解析法―分子内動的構造ネットワーク解析法―の開発を目的としている。【研究方法】まず、PDBから取得したタンパク質立体構造データに対して基準振動解析を行い、振動モードごとにアミノ酸残基間の運動の相関を求めた。そして、空間的に隣接し、かつ正の強い相関をもって運動する残基間を結んだ「分子内動的構造ネットワーク」を定義し、中心性指標の一つであるbetweenness（BTWN）を各アミノ酸について計算した。得られた結果をそれぞれのタンパク質の機能情報と対照させながら、動的構造を特徴づける方法を探求した。これを多くのタンパク質に適用して比較・検討した。【研究成果】本年度は複合体に注目した。一つは、T細胞受容体＋ペプチド＋MHC複合体（TCRpMHC）、もう一つは、いくつかの多量体（３量体、４量体、６量体）の解析である。TCRpMHCでは、アミノ酸配列の異なる多くの複合体について行った解析の比較から、この複合体の動的構造特性を明らかにすることを試みた。その結果、高いBTWNをもつアミノ酸残基は、TCRとMHCそれぞれにおけるドメインの境界付近と、TCRとMHCの結合部位およびそこに位置するペプチドであることがわかった。特に後者では、TCRとペプチドとMHCの相互作用に関する重要な示唆が含まれていた。一方、多量体の解析では、サブユニットの運動を円柱座標系で表現することで的確にその動きが捉えられること、また、サブユニットの接触面において高いBTWNをもつアミノ酸残基の特定が、多量体の動的構造の鍵となることなどがわかった。