2017 Fiscal Year Research-status Report
Folding-mechanism-based design of self-assembling channel peptides aided by molecular dynamics simulations
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17K18365
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
新津 藍 国立研究開発法人理化学研究所, 杉田理論分子科学研究室, 基礎科学特別研究員 (10791064)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 分子動力学 / 膜貫通ペプチド / 合成生物学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、膜蛋白質の折り畳みにおいて最も基礎的な現象である膜貫通αヘリックスの脂質二重膜中での会合機構に焦点を当て、脂質二重膜中で筒型8量体構造に会合する新規人工αヘリックスペプチドの会合過程を分子動力学計算によって解析する。H29年度は特に１）ペプチドが水層から脂質二重膜に結合する過程、および２）既に膜内で会合している状態に注目して計算を行った。
１）について、脂質二重膜存在下での通常の分子動力学計算とレプリカ交換法を用いた効率的なサンプリングによる計算を行い、ペプチドの膜への結合を観測した。レプリカ交換法については今後さらなるペプチドの構造変化を解析するため、より長いシミュレーション時間に加えて、ペプチドの初期配置や計算パラメータの調整が必要であることも明らかとなった。
２）について、通常の分子動力学計算によりペプチドの筒型8量体が脂質二重膜中で安定にその構造を保てることを確認した。本研究で標的としているペプチドは膜中で直径が異なる2つの筒形構造を取ることがこれまでの電気化学実験により示されている。この2状態の遷移過程を、Steered MD、アンブレラサンプリング法により解析していく上で先の分子動力学計算で得た平衡化した構造を用いることができる。
次年度にペプチドの再設計・合成を実施し、分子シミュレーションの結果と実験結果の比較を行うことで、新規膜貫通αヘリックスの脂質二重膜との相互作用、へリックス－ヘリックス相互作用に重要なペプチドのアミノ酸配列に関する知見が得られると期待される。
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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
初年度に予定していた標的の膜ペプチドに関するテスト計算を概ね進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでのテスト計算の結果を踏まえて、H30年度にはレプリカ交換法の計算条件の最適化とSteered MDおよびアンブレラサンプリングを実施する。分子動力学計算と平行して、標的のペプチドのアミノ酸配列を改変、または短縮したペプチドを設計する。設計したペプチドを固相合成により調製し、筒形構造形成と膜挿入有無を円偏光二色性スペクトル、フーリエ変換赤外分光、電気化学実験により確認する。
設計したペプチドの分子動力学計算を行い、実験結果と比較することで膜貫通αヘリックスの会合に寄与の大きいアミノ酸配列を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
初年度はデータストレージを購入する予算を計上していたが、所属機関のストレージで賄えたため購入を延期した。次年度に購入予定である。
また参加予定であった海外学会を一件見送ったため旅費の支出が少なくなった。次年度の海外学会参加等の旅費に充てる予定である。
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