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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Protein structure analysis using data assimilation of simulation and experimental data

Research Project

Project/Area Number 19K06598
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

渕上 壮太郎  京都大学, 理学研究科, 特定准教授 (00381468)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 末松 和美 (七種和美)  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (60608769)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywordsデータ同化 / 粗視化分子モデル / 分子シミュレーション / イオンモビリティ質量分析 / X線小角散乱
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、多様な立体構造を取り得るタンパク質を対象として、粗視化シミュレーションと実験の観測データとを融合させるデータ同化の手法を用い、実験結果を適切・的確に説明し得る構造アンサンブルの作成を試み、多様な立体構造の実態を解明することを目指した。具体的な計測法として、「イオンモビリティ質量分析(IM-MS)法」と「X線小角散乱(SAXS)法」を取り上げた。
◇IM-MS法:最終年度前年度までに、H2A/H2B二量体を対象として、粗視化シミュレーションを用いて実験で観測された衝突断面積の二峰性分布を説明し得る結果が得られたが、定量的な一致は不十分であった。そこで最終年度は、疎水性相互作用と排除体積相互作用に着目し、観測データをより良く再現できるような相互作用の強度を探索した。その結果、観測データと定量的に一致するような強度をそれぞれの相互作用について同定することに成功した。以上により、IM-MS法による観測データと粗視化シミュレーションを融合するデータ同化手法を完成させることができた。
◇SAXS法:最終年度前年度までに、H2A/H2B二量体を対象として、粗視化分子モデルを用いたSAXS曲線の推定法と、粗視化シミュレーションの結果から観測データに合致する適切な構造アンサンブルの構成法とを開発し、SAXS法による観測データと粗視化シミュレーションを融合するデータ同化手法を確立することができた。最終年度は、ヒストンタンパク質H3のヒストンテールと基本転写因子TFIIEを対象として、それぞれの分子モデルを構築し、粗視化シミュレーションを実行するとともに、得られたシミュレーション結果に対して開発した手法によるデータ同化解析を実施した。また、当初予定していなかった新しい対象として翻訳後修飾されたヒストンテールを追加し、サンプルを調製の上、研究協力者にSAXS曲線を測定していただいた。

  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Inferring Conformational State of Myosin Motor in an Atomic Force Microscopy Image via Flexible Fitting Molecular Simulations2022

    • Author(s)
      Fuchigami Sotaro, Takada Shoji
    • Journal Title

      Frontiers in Molecular Biosciences

      Volume: 9 Pages: 882989 1~8

    • DOI

      10.3389/fmolb.2022.882989

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ベイズ的アプローチによる高速原子間力顕微鏡データと分子シミュレーションの融合2022

    • Author(s)
      渕上 壮太郎
    • Journal Title

      生物物理

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 粗視化モデルによる気相構造解析:H2A-H2B二量体への適用2022

    • Author(s)
      七種和美、明石知子、渕上壮太郎
    • Organizer
      第22回日本蛋白質科学会年会
  • [Presentation] 粗視化分子シミュレーションによる気相中のH2A-H2B二量体の構造解析2021

    • Author(s)
      七種和美、明石知子、渕上壮太郎
    • Organizer
      第69回質量分析総合討論会
  • [Presentation] イオンモビリティ質量分析と分子シミュレーションのデータ同化による構造解析:H2A-H2B二量体への適用2021

    • Author(s)
      七種和美、明石知子、渕上壮太郎
    • Organizer
      第21回日本蛋白質科学会年会
  • [Presentation] Dynamic structure analysis by data assimilation combining high-speed atomic force microscopy data and molecular simulations2021

    • Author(s)
      渕上壮太郎、松永 康佑、高田彰二
    • Organizer
      第59回日本生物物理学会年会
    • Invited

URL: 

Published: 2022-12-28  

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