2016 Fiscal Year Research-status Report
タンパク質合成におけるアミノ酸の高精度選択機構の解明
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16K18532
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
森 義治 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 特任助教 (90646928)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | タンパク質合成 / アミノ酸 / アミノアシルtRNA合成酵素 / 分子シミュレーション / 分子動力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
DNAに存在する遺伝子がmRNAに転写され、リボソームにおいてタンパク質が合成され翻訳が行われる。この際、遺伝暗号に従ってmRNAにtRNAが結合しタンパク質が合成されていく。それぞれのtRNAには対応するアミノ酸が結合されているが、本課題では、アミノ酸をtRNAに結合させるタンパク質であるアミノアシルtRNA合成酵素を研究する。合成されるタンパク質が正確な配列を持つためには、対応するアミノ酸の結合は正確なものでなければならないため、アミノアシルtRNA合成酵素は細胞中に遊離する様々な種類のアミノ酸の中から対応するアミノ酸を高精度で選択する必要がある。
本課題では、以上に述べたようなアミノ酸高精度選択の分子機構を解明することを目的とした。研究考察の対象はスレオニンをtRNAに結合させる酵素であるスレオニルtRNA合成酵素とした。このタンパク質はスレオニンを選択的に取り込み、これをtRNAに結合させる反応を触媒する。興味深いのは、よく似たアミノ酸であるセリンやバリンについてはスレオニンに対応するtRNAに結合することが妨げられていることである。このようなアミノ酸の選択は、スレオニルtRNA合成酵素に存在する「アミノ酸結合サイト」と「校正サイト」により達成されている。
平成28年度においては「アミノ酸結合サイト」におけるアミノ酸選択機構をあきらかにするために、スレオニルtRNA合成酵素の分子モデルの構築を行った。まず実験により得られているスレオニルtRNA合成酵素の立体構造を使用した。「アミノ酸結合サイト」においては亜鉛イオンが存在し、選択的なスレオニンの結合およびその後の反応に関して重要であることが分かっているため、複数の計算パラメータを考慮した。このように作成した分子モデルに対して溶媒の水分子を考慮した分子動力学シミュレーションを実行し、適切な分子モデルの構築を行った。
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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
「アミノ酸結合サイト」を含むスレオニルtRNA合成酵素の分子モデルを構築することができた。重要なイオンである亜鉛に対するパラメータについても適切なものが存在することが分かり、これからの研究に使用できることを確認することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの方針で作成した分子モデルを使用し、「アミノ酸結合サイト」におけるアミノ酸選択機構を解明する。「アミノ酸結合サイト」ではスレオニンとそれ以外のアミノ酸が区別され、スレオニンが選択的に結合する。
この選択的な結合の分子機構を考察するために、スレオニルtRNA合成酵素に対してスレオニンと類似したアミノ酸であるセリン・バリンの結合性を比較する分子動力学シミュレーションを行う。以上の計算から結合自由エネルギーを見積もり、得られた結果に対して「アミノ酸結合サイト」近傍のアミノ酸残基の立体構造やその電荷分布による観点から解析を行う。例えば、それぞれのアミノ酸（スレオニン・セリン・バリン）と近傍のタンパク質中のアミノ酸残基間の距離を計算し、水素結合形成の有無などを調べ、結合するアミノ酸に対する特異性が存在するかどうかを特定する。
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| Causes of Carryover |
多くの計算を実行する段階ではまだなく、必要となる記憶媒体であるハードディスクが少なくて済んだため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実際の研究が進展するにつれ記憶媒体が必要となるので、ハードディスクを購入する予定である。
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