2019 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical prediction of mutations that speed up substrate transportation in transporter protein
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18H02415
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
岡崎 圭一 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 特任准教授 (50792529)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 力也 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (30540108)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | トランスポーター / 分子動力学シミュレーション / 遷移パス / 生体膜マイクロチップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、トランスポーターが基質を輸送する際の構造遷移ダイナミクスを分子動力学シミュレーションで明らかにして、そこから基質輸送速度を変える変異の予測をする。そして、実験で基質輸送能の測定を行い改変を確認する。これにより、トランスポーターのデザイン原理を明らかにするのが目的である。
今年度は、古細菌由来のNa+/H+交換輸送体であるPaNhaPの遷移パスシミュレーションの結果を解析することで、輸送速度を変えうる変異を同定した。特に、基質イオンの結合サイトへのアクセスを制御している疎水性ゲートを同定した。この疎水性ゲートは、イソロイシンとチロシンという嵩高い疎水性残基からなる。これらをアラニンに置換した変異体を作成し、そのイオン輸送能を実験的に測定すると、驚くべきことに輸送速度が野生型よりも2倍以上速くなることが分かった。この輸送速度向上は、律速過程である疎水性ゲートの相互作用が弱まったことにより遷移状態のバリアが低くなった結果であると考えることができる。これらの結果をまとめて、Nature Communications誌に論文として発表した。また、この他にも輸送速度に影響を与えうる残基ペアを網羅的にリストアップするために、得られた遷移パスにおいてグローバルな構造変化と共役して残基ペア間距離がロバストに変化していているものを抽出した。さらに、得られた残基ペアリストの中から特に重要と思われるドメイン界面やヘリックス間の相互作用に関わる残基ペアを同定した。また、生体膜マイクロチップで高精度でトランスポーターの基質イオン輸送速度を測定するためのセットアップを行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
古細菌由来のNa+/H+交換輸送体であるPaNhaPの遷移パスシミュレーションの結果を解析することで、輸送速度を変えうる変異を同定して、実際に実験的に輸送速度が向上することを確認できた。以上の結果より、本研究課題の目的の大部分が達成できたと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、PaNhaPの他の変異も網羅的に調べることで、輸送速度調節メカニズムを詳細に解明していきたい。また、他のトランスポーターへの展開も考えたい。
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