2021 Fiscal Year Annual Research Report
Investigating ligand-controlled GPCR activation mechanisms by cutting edge simulation
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19H03191
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
北尾 彰朗 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (30252422)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | GPCR / PaCS-MD / キネティックス / 構造変化 / 活性化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、リガンドの結合によるGタンパク質共役受容体(GPCR)の活性化からGPCRとの結合により活性化されるGタンパク質が解離するに至るまでのメカニズムを、PaCS-MD/MSMなどの最先端のシミュレーション法で明らかにすることを目指して研究を進めてきている。
この年度はPaCS-MD/MSMの一種であるdPaCS-MD/MSM法を応用して、研究対象としているGタンパク質共役受容体(GPCR)であるA2ARの内部深くにアンタゴニストT4Eが結合した安定状態の複合体からT4Eが解離するパスウェイを複数生成し、実験値とほぼ一致する標準結合自由エネルギーを得ることができ、論文を発表することができた（Hata, Tran, Marzouk, Kitao, Biophysics and Physicobiology, 18, 305-316, 2021）。更にアゴニスト3分子（adenosine, NECA, CGS216080）、アンタゴニスト2分子（caffeine, ZMA）についても同様の計算に成功し、結合親和性をほぼ再現する結果を得、現在論文執筆を進めている（Tran, Kitao）。
また前年度までに作成したA2Aにリガンド（NECA）と3つのサブユニットが存在するフルGタンパク質（Gs）が結合した活性化状態の構造を元に、GoとG12結合型の複合体構造の計算も行ったほか、それぞれのGタンパク質についてGDP結合型だけでなくGDP非結合型の計算も開始することができた。これらの違いをリガンド結合部位、重要なモチーフ、A2ARとGタンパク質の結合界面、Gタンパク質の構造に関して調べることで、有意な立体構造上の違いがあることを明らかになってきた。
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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
A2ARに結合する異なる化合物の結合親和性を、すべての実験値をほぼ再現するように計算できたほか、さらにGsが結合した活性化状態の構造を元にGo結合型の複合体構造の進めることもでき、予想以上の研究成果が得られたから。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きGタンパク質共役受容体(GPCR)の活性化から、GPCRとの結合によるGタンパク質活性化に至るメカニズムの研究に取り組む。具体的には、既に開始しているGPCRであるA2Aアデノシン受容体にNECAとαβγの3つのサブユニットからなるフルGタンパク質が結合した複合体の研究を進める。Gsに加えて、昨年度から計算を開始したGoなどの異なるGタンパク質のMD計算を進めている。既にGタンパク質にGDPが結合しているか、何も結合してないかによって構造のダイナミクスにどのような違いが表れるかを最先端のPaCS-MDシミュレーションで調べ始めていたが、今年度はさらに統計量を加えて自由エネルギー地形を計算し、複数あると思われる凖安定状態を詳しく調べ、NMR等との対応から活性化のメカニズムを解明する。
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