タンパク質の分子内・分子間コミュニケーションによる構造転移の基礎理論

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18770128
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 寺田 智樹 名古屋大学, 大学院工学研究科, 講師 (20420367)
• Keywords: 生物物理 / 蛋白質 / 分子モーター / ナノバイオ / 統計力学 / アロステリック転移 / 概日リズム / システム生物学

Research Abstract

タンパク質フォールディングの基礎理論としての郷モデルに匹敵するような、タンパク質のアロステリック転移における二状態間構造転移のダイナミクスの基礎理論の構築を目的として、タンパク質の各アミノ酸残基を代表するCα原子をビーズ状につなげてポリペプチドを表現する、いわゆるOff-Latticeモデルに基づく研究を行った。今年度は郷モデルに類似した新奇な近距離相互作用を考案し、それに基づく分子動力学計算のプログラムを実装した。同様の目的を持つモデル計算はこれまでにもいくつか行われているが、本研究におけるモデルは、相互作用するアミノ酸残基の周囲の環境の変化に連動して変化するような関数形を持つ近距離相互作用を用いることにより、リガンド結合に伴う構造変化の伝播を記述できる点が特徴的である。これにともなって1ステップあたりの計算量は増大するが、アルゴリズムの工夫により必要な計算量は5倍程度に収まっている。このモデルに基づくプログラムを用いて、比較可能な先行研究において用いられているアデニル酸キナーゼを対象として、リガンドなし・ありの2つの構造の間を移り変わる様子についての予備的な計算を行った。計算結果が安定な振る舞いを示すパラメータ範囲を調べたのち、多数の構造転移トラジェクトリの比較を行ったところ、構造転移にともなって構造が大きく変わる部分は構造全体の中では限られているが、その中でも構造転移の進行が早い構造上の部分は比較的よく定まっていることが観察された。
また以上の研究と関連して、KaiCのリン酸化レベルの概日振動が生み出されるメカニズムについてジレスピーアルゴリズムに基づく確率シミュレーションを行い、KaiCの協同的なアロステリック転移と最近実験的に同定されたシャッフリングとの相乗効果により、KaiCのリン酸化レベルの概日振動が生み出されることがわかった。