2018 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 / 溶液中性子散乱 / 溶液X線散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、細胞内環境という生体分子が混み合った環境においても、蛋白質ダイナミクスを測定・解析できる手法の開発を目的としている。研究代表者はこれまで、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、全原子分子動力学（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、ラベルした目的生体分子の構造のみを選択的に計測する中性子溶液散乱法 (SANS)及び、電子―電子二重共鳴計測（DEER）と、目的分子と分子クラウディング環境の情報を原子分解能で取得するMD計算とを組み合わせることを目指している。本年度は、SANS・SAXSとMDシミュレーションを組み合わせたMD-SANXS法を開発し、現在幾つかの蛋白質に応用している段階である。また、生体分子が混み合った環境の全原子MDシミュレーションには計算時間等の困難も予想されるため、粗視化MD（CGMD）シミュレーションの導入を始めている。今年度は、CGMDデータからSANS及びSAXSデータを計算するCGMD-SANXS法を開発し、幾つかの酵素蛋白質について実験データを再現することができている。また、構造揺らぎが極めて大きく、従来法では揺らぎ解析が困難な系としてIgG抗体全体構造の解析にCGMD-SANXS法を適用している段階である。
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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
中性子溶液散乱・X線溶液散乱・DEERといった実験手法を、MD及びCGMDシミュレーションといった計算手法を組み合わせる手法の開発は順調に進んでおり、テストの蛋白質系に対しては幾つか実験結果を再現する結果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発した手法は、最初の段階として、構造揺らぎが極めて大きく、従来法では解析が困難な系、例えば天然変性蛋白質に適用していく予定である。そのような系として、昨年度から抗体IgG全体構造の揺らぎ解析にCGMD-SANXS法を適用し始めたところであり、本年度はその解析を優先して行う。また、分子混み合いのテスト系として、スピンラベルを導入したグルタミン酸脱水素酵素の試料作製を行い、予備的なDEER測定を行いたい。
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Research Products
(4 results)
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[Journal Article] Diffraction apparatus and procedure in tomography X-ray diffraction imaging for biological cells at cryogenic temperature using synchrotron X-ray radiation2018
Author(s)
Amane Kobayashi, Yuki Takayama, Koji Okajima, Mao Oide, Takahiro Yamamoto, Yuki Sekiguchi, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako, Yoshiki Kohmura, Masaki Yamamoto, Takahiko Hoshi, Yasufumi Torizuka
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Journal Title
Journal of Synchrotron Radiation
Volume: 25
Pages: 1803-1818
DOI
Peer Reviewed
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