2017 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism of structural stability of halogenated protein
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16K16151
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
山岸 賢司 日本大学, 工学部, 講師 (90460021)
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2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 人工アミノ酸 / フラグメント分子軌道法 / 相互作用エネルギー / 構造安定化 / ハロゲン原子 / 軌道間相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らは、タンパク質を構成する特定のチロシンにハロゲン原子を導入するだけで、構造安定性が大幅に向上することを見出した(Scientific Reports.2015)。本研究は、わずか数個のハロゲン原子導入が引き起こすタンパク質の構造安定化の分子メカニズムを、タンパク質の分子内相互作用の観点で、計算化学的に明らかとすることを目指した。
ハロゲン原子が導入され、タンパク質全体の構造安定性が増大したグルタチオン-S-転移酵素(GST)に対して、フラグメント分子軌道(FMO)計算を行い、その電子状態を解析した。そして、FMO計算に基づくフラグメント間の相互作用エネルギー解析を用いて、GSTを構成するすべてのアミノ酸残基ペアの相互作用エネルギーを算出した。さらに、ハロゲン原子の形成する相互作用を軌道レベルで解析し、構造安定化に対するハロゲン原子の直接的な効果を解析した。特に、ハロゲン原子が導入されたアミノ酸に注目して解析を進めたところ、ハロゲン原子を介してアミノ酸同士の新しい相互作用が生じていることがわかった。次に、アミノ酸残基ペアの相互作用エネルギーを用いて、ハロゲン原子の導入がタンパク質全体の相互作用ネットワークに与える影響を解析し、構造安定化に対するハロゲン原子の間接的な効果を解析した。その結果、ハロゲン原子周辺の局所的な相互作用の変化だけでなく、へリックス－へリックス間など、タンパク質の２次構造間の安定性も高めることがわかった。実験的にはアプローチが難しいタンパク質の分子内相互作用を、計算化学手法により解析し、ハロゲン原子導入によるタンパク質の構造安定化メカニズムを明らかとすることができた。以上の本研究により、タンパク質を分子素材として、様々な分野へ応用する技術基盤を確立することができた。
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