2019 Fiscal Year Annual Research Report
Structural changes of hetero-oligomers in the Protein Data Bank
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18H03331
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
太田 元規 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (40290895)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 立体構造 / 構造比較 / 構造機能相関 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質のヘテロ複合体の多くは過渡的でアロステリーとも関連し，生理活性を高度に制御調節する.タンパク質の構造変化と機能発現は密接に関係しているので，ヘテロ複合体の構造変化には，その独特な機能発現機構を解く鍵が潜んでいる.本研究ではPDBに格納された全ヘテロ複合体を対象に立体構造比較を行い，構造変化を大規模，系統的に解析して運動を分類し，俯瞰する.この時，申請者らが開発した，複合体の構造比較法:SCPCと，立体構造変化の同定・記述法: Motion Treeを利用する.得られたデータからヘテロ複合体特有の構造変化を同定し，生物学的機能と立体構造変化との相関(因果関係)を考察する.本研究ではPDB中の全ヘテロ複合体について大規模な構造比較を行い，構造変化を分類する.どのような構造変化が見られるのかをファミリー横断的に調査する.過渡的複合体が行う制御調節やアロステリーなどと関連するヘテロ複合体固有の運動を抽出し，複合体やサブユニット，相互作用面の立体構造の特徴や分子機能との関係性を明らかとし，その生物学的意義を考察する.結果は公共データとしてインターネットを通じて公開する.計画は大きく4段階からなる.2018年度は第1段階としてヘテロ複合体の対を求める作業を開始し，ヘテロ複合体のデータを収集した.2019年度は実際にヘテロ複合体の対のデータを検証し，Biological Unit（BU）の対を作成した．BU対に対してSCPCとMotion Treeの計算を開始した．今後，データを解析，分類し，機能との関連を調査する，データベースを作成し，データを公開する，という工程を実施する.
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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
2018年度はPDBのmmCIFフォーマットからauthor_and_software_defined_assembly（著者とソフトウェアが保証する集合体）と記載されている16,653個のヘテロオリゴマーのBUを得た．2019年度はこれらを基に，BU対を作成する作業を実施した．まず，mmCIFフォーマットに書かれているoper_expression情報（分子の対称性操作の情報）から，BUのサブユニット情報を確定した．mmCIFフォーマットとPDBフォーマットのファイルに記載されているタンパク質鎖のIDが異なる場合があるので，タンパク質鎖間の対応表を作成した．各鎖にひも付けされたUniProtのアクセッション（同一タンパク質であれば同一のアクセッション）を参照して同じアクセッションから構成されているBUでグループを作り，サブユニット数を見て最もBUの数が多かったもの（マジョリティ）をそのグループの会合状態とした．マジョリティのサブユニット数となるBU同士をペアリングして対を決定した．この後，実際にPDBフォーマットのBUを調べ，鎖の数が合致するもののみを採用することにした．得られた対はヘテロ二量体では30,479ペアになった．より高次の複合体は32種類あり，オリゴマ数が最大のものは42量体であった．信頼のできるBU対リストが得られたので，スクリプトを作成し，計算機サーバーでヘテロ二量体についてSCPCとMotion Treeの計算を開始した．以上のことより，概ね計画通りに順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は第3段階として，Motion Treeの計算結果を解析する．まずヘテロ二量体についてSCPCとMotion Treeの計算を網羅的に実施する．SCPCで結合モードが同一と判定された複合体対のみ，Motion Treeの計算対象とする．計算結果からはヘテロ二量体について構造変化のユニット（剛体）が同定されるので，それに基づき複合体特有の構造変化であるインターフェース運動，サブユニット間運動を抽出する．前者の運動では相互作用面と運動の単位となる剛体の境界面が一致し，後者では2つの面が交差する.２つの運動は，同定された剛体が，どのサブユニットから構成されていたのかがわかれば判定することができる．２つの運動がどういうヘテロ二量体で見られるのかをリスト化する． Gene Ontologyやキーワードを参考に構造変化と機能の相関や，相互作用面の構造特性を統計的に調査する．特に相互作用面のサイズはホモ二量体では運動の決定因子であったので，表面積の計算などを行う．
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