2021 Fiscal Year Annual Research Report
Protein structure analysis using data assimilation of simulation and experimental data
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19K06598
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
渕上 壮太郎 京都大学, 理学研究科, 特定准教授 (00381468)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 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 |
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| 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。
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