2017 Fiscal Year Research-status Report
分子クラウディング環境下における生体分子の機能的構造揺らぎの解析
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17K19209
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
苙口 友隆 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (90589821)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 分子クラウディング / 蛋白質ダイナミックス / 分子動力学シミュレーション / 電子―電子二重共鳴計測 / X線散乱回折実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞内環境は生体分子が混み合った環境(分子クラウディング)であり、これまでの大半の蛋白質研究が用いてきた希薄溶液環境とは大いに異なる。近年、分子クラウディング溶液を用いた生物化学実験により、分子クラウディング環境下での蛋白質機能は希薄溶液環境のそれから大きく変調を受けることが明らかにされつつある。本研究の目的は、電子―電子二重共鳴計測(DEER)測定と分子動力学(MD)シミュレーションを組み合わせることで、未だ実現されていない、分子クラウディング環境下における蛋白質構造の機能的動きを解析する手法を開発し、それによって、蛋白質の機能が変調されるメカニズムを明らかにすることである。
利用者はこれまで、X線溶液散乱(SAXS)や原子間力顕微鏡(AFM)といった構造解析実験と、MDシミュレーションを組み合わせた手法(MD-SAXS法)を開発してきた。これにより、溶液中にて蛋白質構造は柔らかく揺らいでおり、さらに、その揺らぎが機能と深く相関することを明らかにしてきた。しかしながら、これらの研究で用いてきた測定手法では、分子クラウディング環境下における蛋白質の構造揺らぎを解析することができない。
そこで、目的分子をスピンラベルし測定する電子―電子二重共鳴計測(DEER)を用いて、クラウディング環境下において目的蛋白質の構造揺らぎを解析することを計画した。DEERによって得られる構造情報は、2つのスピンラベルされた残基間の距離分布であり、これは局所構造の揺らぎを視ることに相当する。この構造揺らぎの情報をMDシミュレーションによって解析する。
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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
スピンラベルに用いるメタンスルホン酸メチル(MTSL)は、蛋白質表面のシステイン側鎖にジスルフィド結合させることによって目的蛋白質に導入することができる。目的蛋白質には利用者がこれまでの研究に用いてきたグルタミン酸脱水素酵素(GDH)を用いる。GDHは、申請者がこれまでその機能的動きをMDシミュレーション及びAFMを用いて明らかにしてきた蛋白質であるため、目的手法の開発のためのテスト系に適している。これまでの研究で得られている構造揺らぎの情報を基に、スピンラベルするための変位導入部位をデザインし、試料作製の準備を行っている。それと同時に、実験情報を参照に効率よく構造空間をサンプリングするMD計算手法の開発も進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
スピンラベルを導入したGDHの試料作製を行い、予備的なDEER測定を行う。それによりスピンラベル導入位置や実験条件等の検討を行う。また、実験情報を参照にして構造サンプリングするMD計算手法の開発も完了させ、実用化段階に持っていく予定である。
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[Journal Article] Common structural features of toxic intermediates from alpha-synuclein and GroES fibrillogenesis detected using cryogenic coherent X-ray diffraction imaging2017
Author(s)
H. Kameda, S. Usugi, M. K. Kobayashi, N. Fukui, S. Lee, K. Hongo, T. Mizobata, Y. Sekiguchi, Y. Masaki, A. Kobayashi, T. Oroguchi, M. Nakasako, Y. Takayama, M. Yamatmoto and Y. Kawata
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Journal Title
The Journal of Biochemistry
Volume: 161
Pages: 55-65
DOI
Peer Reviewed
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