2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K18526
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
笠原 浩太 立命館大学, 生命科学部, 助教 (90634965)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 分子動力学法 / ペプチドデザイン / 分子間相互作用 / 分子認識 / 蛋白質間相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度の実績として、(1)大規模構造データからの弱い相互作用部位の絞り込みを行った。(2)水溶液中のオリゴペプチドの挙動について基礎的な検討を行った。(3)次年度以降で活用する方法論の開発を行った。
(1) 蛋白質構造データバンク(PDB)より弱い相互作用部位を収集し、統計解析を行った。その結果、弱い相互作用部位（分子内相互作用がなく分子間相互作用のみがある領域）の性質は一般的なたんぱく質表面とよく似ているものの、例えばArgの頻度が有意に低いなど特徴的な傾向が明らかとなった。このような統計的知見に基づき相互作用部位を絞り込み、構造から切り出したオリゴペプチドの相互作用ペアについて分子動力学 (MD)シミュレーションを用いて安定性の解析を行った。その結果、多くは100 nsという短い時間内に結合が解離したが、僅かながら100 nsに渡って安定な配列を見いだすことができた。
(2)水溶液中でのオリゴペプチドの挙動について、ポリグルタミン酸をモデルペプチドとしたヘリックス-コイル転移現象のシミュレーションを行った。pHに対する挙動について実験とよく整合する結果が得られた。また水和水のダイナミクスの解析からオリゴペプチドの二次構造と誘電緩和の関係を明らかにした。
(3) 独自の拡張アンサンブル法であるVcMC法を開発した。また独自のMD計算ソフトウェアであるmyPresto/omegageneを開発した。MDシミュレーションから多峰性の運動を解析するmDCC法の開発と応用を行った。
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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
(1)平成28年度では大規模データベースからの相互作用部位の収集と絞り込み、カノニカルMDシミュレーションによる安定性の評価を実施できた。その上でデザインの候補となる相互作用オリゴペプチドの配列を複数得ることができ、当初の目的は達成されたと言える。それに加え、取得したデータに対する統計解析からアミノ酸組成の傾向や構造的特徴など、今後のデザインの指針となる重要な知見を得ることができた。この結果については論文投稿準備中である。なお当初の計画では1,000程度の構造についてMDでの検討を行う予定であったが、クラスタリングや統計解析による絞り込みの結果100程度の検討に留めた。しかしながら相互作用を保持する構造を複数得ることができたため、目的は達成された。(2)さらに得られた結果の物理学的背景を調べるために、モデルオリゴペプチドを用いた水和ダイナミクスの基礎的検討などにも着手し、国内の学会において発表した。(3)次年度より行うより詳細な検討のための方法論、ソフトウェア群については複数の論文を出版することができた。
このように当初の計画を達成したことに加え、副次的な複数の成果を生み出すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は当初の計画通り、平成28年度に得られた候補構造となるペプチドペアをたんぱく質Trp-cageに組み込んだモデルを作成し、MDシミュレーションを用いて詳細な解析を行う。それと同時に平成28年度に得られたデータセットを再び別角度から再びスクリーニングし、新たな候補配列を発見することを目指す。
単純に大規模データから絞り込み、シミュレーションでの安定性評価を繰り返すだけでなく、安定性が如何にして産み出されているのか、また如何にして特異的結合が為されているのかを知るための基礎的検討も引き続き行う。具体的には水和ダイナミクスの評価や、自由エネルギー地形の検討などである。同様に高精細な解析に必要とされる種々の方法論を開発し、一連のプロトコルの整備を行っていく。また平成30年度に行う実験による検証に向けて具体的な検討を始める。
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| Causes of Carryover |
平成28年度は計画外の成果発表のために前倒し請求を行ったが、その端数として僅かながら次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
全額成果発表のための旅費として使用する予定である。
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Research Products
(20 results)
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[Journal Article] Biophysics and Physicobiology2016
Author(s)
Kota Kasahara, Benson Ma, Kota Goto, Bhaskar Dasgupta, Junichi Higo, Ikuo Fukuda, Tadaaki Mashimo, Yutaka Akiyama, Haruki Nakamura
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Journal Title
Biophysics and Physicobiology
Volume: 13
Pages: 209-216
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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