2022 Fiscal Year Research-status Report
ハイドロトロープとしてのATP：細胞環境シミュレーションによる物理化学的解明
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19K05389
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| Research Institution | Maebashi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
優 乙石 前橋工科大学, 工学部, 准教授 (90402544)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ATP / 蛋白質間相互作用 / 分子動力学 / 分子混雑 / 細胞環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、細胞内に多量に存在するATP（アデノシン三リン酸）が様々な蛋白質に非特異的に結合し、凝集や液液相分離構造（LLPS）の形成を制御している可能性が示された（A. Patel and L. Malinovska, Science, 753 (2017))。これは蛋白質水溶液の巨視的な観測によって示されているが、ATPが蛋白質のいかなる部位に作用し、どの程度蛋白質間相互作用を改変しうるのかといった、分子レベルの作用機構については不明な点が多い。本研究は、ATPやその他のヌクレオチド三リン酸を中心とした細胞内メタボライトやイオンの非特異的相互作用が蛋白質動態に及ぼす影響を、全原子モデルを用いた分子動力学（Molecular Dynamics: MD）法による細胞環境シミュレーションによって微視的に解明する。
本年度は、主に①蛋白質１分子のMDシミュレーションを様々な溶液条件で実行し、立体構造に与えるATPの添加効果を調査した。また、②細胞質内の代謝物（ATPやイオンなどの低分子）が蛋白質凝集に与える影響を調査するために、タンパク質約30分子を含むバクテリア細胞質の大規模MDシミュレーションを追加実行した。具体的な成果については後述する。
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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
本年度実施した課題①については、ATPが蛋白質の天然構造を安定化する効果がどのようなシミュレーション条件（力場や水分子モデル）で再現されるかが明らかになった。
②については、追加シミュレーションが完了し、十分な統計的精度を持って代謝物の効果を調査し得るトラジェクトリが得られた。この他、細胞混雑環境シミュレーションのデータ解析プログラムに関する論文が投稿準備段階にあり、論文中で蛋白質凝集やATPの振る舞いについて述べている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度であり、現在までのシミュレーション結果を論文として発表する事を優先する。前年度実施したFUS-LC（FUS（Fused in sarcoma）の低複雑性領域）の調査については、複数の分子から構成される混雑系のシミュレーションを様々な条件で実施中であり、必要に応じて計算時間を延長する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大の影響により海外の国際学会や各種国内シンポジウムの多くがオンライン開催となり、旅費や宿泊費の支出が不必要であったことに加え、研究計画をさらに1年延長し、必要経費の一部を最終年度に残したため次年度使用額が生じた。今後は研究会や学会などの出張費や論文投稿の際の英文校閲費およびデータ保存のためのストレージなど必要機材に使用する予定である。
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