2019 Fiscal Year Research-status Report
生体内糖タンパク質の構造情報を利用した糖鎖認識機構解析のための手法の開発と応用
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18K11534
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
能登 香 北里大学, 一般教育部, 講師 (20361818)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 生体分子シミュレーション / 認識機構 / 抗体 / 糖鎖 / 分子間相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ウィルス表面糖タンパク質に結合する抗体の糖鎖認識における基礎的な相互作用情報を得るためのシミュレーション法の開発を目的として研究を行なっている．ヒト免疫不全ウイルスに対して活性の高い広域中和抗体で，相同性が高い抗体四種の糖鎖親和性の違いの要因を，各結晶構造をもとに古典分子動力学シミュレーション及び量子化学計算により詳細な抗体―糖鎖間の相互作用を解析し明らかにした．抗体の高マンノース型糖鎖結合において，水素結合の数だけでなく，適度な疎水相互作用を再現する分散相互作用の重要性が明らかになり，学術論文として発表すると共に国際学会で発表した．
次に，二本鎖複合型糖鎖への親和性の違いを解析した．解析に適した結晶構造が報告されていないため，抗体と糖鎖が結合する結晶構造をドッキングシミュレーションによって作成し，量子化学計算に基づく相互作用解析を行ったが，親和性実験結果と合う結果が得られなかった．
そこで，抗体が結合する糖タンパク質の結晶構造(PDB: 5FYL)の糖鎖のうち，複合型糖鎖が結合しているとされる糖鎖を複合型に修正した後，抗体部分を換えて複合体構造（約16,000原子）を三種作成した．各構造を出発構造に，分子動力学シミュレーションを行った．複合型糖鎖に比べ，高マンノース型糖鎖との親和性が強い抗体(PGT128)が結合する糖タンパク質の複合体の構造揺らぎが他と比較して大きく，抗体と高マンノース型糖鎖間の強い相互作用によって複合体全体が折れ曲がる様子が観察された．シミュレーションのスナップショット構造に対して，量子化学計算によって相互作用解析を行い，糖鎖と抗体間の相互作用を解析したところ，親和性実験結果と一致した．これらの結果を日本糖質学会年会などで発表し，これまでの抗体の糖鎖認識に関する研究について化学反応経路探索のニューフロンティア2019 にて招待講演を行った．
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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
2019年度は，当初の研究計画の通り順調に研究が進み，成果を学術論文を発表することができた．また，これまでの研究について招待講演を行うと共に，学会発表も行った．このため，概ね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
抗体の糖鎖認識の定量的解釈に向けた詳細な相互作用情報を得るための糖鎖認識シミュレーション法開発をさらに拡張する．前年度に検討したシミュレーション法によって，実験結果と合う解析結果が得られることが明らかになったので，今年度は抗体が糖タンパク質に結合する部位の違いによる解析結果への影響を検証する．
まず，抗体の結合部位が全く同じであるにも関わらず，糖鎖親和性の違いが異なることが実験的に明らかになっている２種類の抗体について，前年度に検討した解析手法を使って詳細に解析する．
次に，結合部位が異なるモデルを作成する．構造作成の鋳型として使用する糖タンパク質と抗体の複合体結晶構造に，前年度に使用したものから少しずれた部位で同じ糖タンパク質に結合するPGT抗体の結晶構造(PDB: 5JSA)を適用する．糖タンパク質上の糖鎖構造の一部を複合型に改変した後，抗体部分を換えて複数種類の複合体構造作成する．各構造を出発構造に，分子動力学シミュレーションを行い，結合部位の違いによる抗体―糖鎖間の相互作用の変化を複数抗体間で系統的に検証する．分子動力学シミュレーションで得られるスナップショット構造について，抗体―糖鎖複合体，抗体，糖鎖リガンドを，溶媒効果を考慮した量子化学計算(FMO-PCM計算)を個別に行ない，脱溶媒効果，リガンドの構造変形に伴う不安定化エネルギーを含めて相互作用を見積もるSubsystem Analysisを適用する．得られた結果は，国内外の学会（環太平洋国際化学会議 (Pacifichem 2020), 日本糖質学会年会，日本化学会年会）で発表し，学術雑誌に論文を投稿する予定である．
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| Causes of Carryover |
予算計上していた学会参加費および旅費が当初予定していた金額よりも低い支出になったため，その分が剰余金となった． 今年度は，研究成果を積極的に発表するために複数の学会に参加する予定である．そのための旅費及び，学術雑誌投稿準備のための英文校正代として使用する予定である．
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