2016 Fiscal Year Research-status Report
アロステリック制御を実現するタンパク構造の設計原理
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16K05518
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
冨樫 祐一 広島大学, 理学研究科, 特任准教授 (50456919)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
FLECHSIG HOLGER 広島大学, 理学研究科, 助教 (00758964)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アロステリック制御 / 分子内情報伝達 / 構造機能相関 / 生体高分子 / タンパク質 / 粗視化分子動力学 / 進化的最適化 / 計算生物物理学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アロステリック制御に不可欠な、構造変化を介した情報伝達を実現する設計原理を明らかにすることを目指し、解析的アプローチと構成的アプローチとの両面から研究を展開した。
解析的アプローチからは、本研究開始前に開発した、分子内での構造変化の伝播を粗視化モデルを用いて評価する手法（本年度初頭に論文出版済）を、実際のアロステリックタンパクに展開した。シミュレーションそのものは半自動化できており、また計算量も比較的小さいため、様々な分子で無差別にシミュレーションを行うことはできている。半面、現時点での問題点として、アロステリック制御に関わる部位の設定が手作業に頼っており、作業が遅れ気味であることが挙げられる。これについては、他の複数の公開データベースを用いて、引き続き自動化の方策を探っている。並行して、多数のリガンド結合部位の間でアロステリック制御を示すなど、特徴あるタンパク（酵素）分子について、構造歪み伝播の時系列（順序関係）を含めた検討を個別に進めている。
構成的アプローチでは、本研究開始前の予備実験で、２つの離れた部位間で構造変化を伝える（一方を閉じるともう一方も閉じる）ような弾性ネットワークモデルを進化的最適化により生成することに成功していた。本年度はこれを進め、応答様式の異なるネットワークモデルを生成することに成功し、構造や力学特性と応答との関係に踏み込んだ。通常の基準振動解析を用いた手法では評価しにくい、構造変化の時系列（順序関係）について、特に構造歪みの伝播する過程を可視化して議論を進めた。さらに、構造を部分的に破壊することにより、変異に対する頑健性の評価を行い、現実のタンパク分子と同様に、特定の箇所への局所的な変異により情報伝達が途絶する場合があることを示した。ここまでの成果をまとめ、論文１編を投稿・プレプリント公開した。
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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
構成的アプローチによる研究については、すでに、当初の想定より内容を加えた形で論文投稿に至るなど、当初計画以上に進展している。一方で、解析的アプローチによる研究については、対象分子・部位決定のデータベースを用いた自動化にまだ困難があり、手作業に頼っていることもあって、やや遅れ気味である。全体としてはほぼ計画通りの進展となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
解析的アプローチによる研究を効率的に進めるため、活性部位のデータベースなど、公開データの選定・利用を進める。
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| Causes of Carryover |
次年度、研究分担者が研究代表者と異なる機関に異動することなどに伴い、当初計画よりも必要経費（研究打合せ旅費など）の増加が予想される状況となった。これに対応すべく、本年度使用額の節減に努めた結果、研究分担者の消耗品費・雑費を当初計画より抑えることができたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の通り、次年度に必要な費用が当初計画よりも増加すると予想されるため、次年度分とあわせて充てることにより、研究実施への影響を回避する。
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[Presentation] クロマチン動態プローブ開発2017
Author(s)
栃尾 尚哉, 川嵜 亮祐, 青木 大将, 梅原 康平, 吉村 優一, 上脇 隼一, Holger Flechsig, 冨樫 祐一, 楯 真一
Organizer
生命動態システム科学四拠点・CREST・PRESTO・QBiC合同シンポジウム2017“生命動態の分子メカニズムと数理”
Place of Presentation
理化学研究所 生命システム研究センター（大阪府吹田市）
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-18
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