2020 Fiscal Year Research-status Report
アクチンフィラメントの伸長制御蛋白質によるアロステリックな結合解離機構の研究
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19K12217
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小池 亮太郎 名古屋大学, 情報学研究科, 助教 (20381577)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 動的構造 / 分子シミュレーション / アクチン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アクチンフィラメントの伸長は細胞の変形や運動という普遍的な生命現象に直結しており，多数の蛋白質によって制御される．アクチンキャッピング蛋白質（CP）はフィラメントの端に結合しその伸長を止めるが，CARMIL蛋白質はCPと結合し，フィラメントに結合したCPを引きはがすことができる（結合解離）．「CARMIL蛋白質によるCPの結合解離」の分子メカニズムを調査するために，結合解離の様子を，分子シミュレーションを用い計算機上で再現することを試みた．CPがアクチンとどのように結合しているのか，詳細はいまだ明らかになっていない．そこで，CPとの結合様式が詳細に明らかになっているV-1蛋白質を用い，CP/V-1複合体にCARMILが結合したモデル構造を作成する．そして，CARMILがCPとV-1の結合を解離させる様子をシミュレートし，「CARMIL蛋白質によるCPの結合解離」の分子メカニズムを調査する．
結合解離はCPの動的構造の変化を介して実現すると考えられている．本年度は，昨年度までに分子シミュレーションから得られたデータを解析し，動的構造がどのように変化するのかを調査した．その結果，シミュレーションの初期の段階では，CP/V-1複合体で見られた運動が多く現れるが，それらは時間発展とともに減少することが分かった．また，その反対に，CP/CARMIL複合体で見られた運動が時間発展とともに現れてくることが分かった．これまでのシミュレーションデータではV-1の解離はまだ起こっていない．しかし，これらの結果から，CPの動的構造に対してCARMILの影響が徐々に大きくなっていることが確認できた．これらの結果を踏まえ，今後もシミュレーションデータのさらなる延伸を行い，その動的構造の変化を追跡する．
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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
研究実績の概要でも述べたが，昨年度までに分子シミュレーションから得られたデータを解析し，動的構造がどのように変化するのかを調査した．これまでに得られた最長のシミュレーションデータ（500ns分）にターゲットを絞り，100nsごとにデータを区切った後，各区間での動的構造を解析した．動的構造の解析には，蛋白質の構造変化を剛体運動として記述するプログラムMotion Treeや，剛体部分のクラスタリングを行うツールなどを用いた．シミュレーションデータから得られる大量の剛体情報を解析するために，クラスタリングツールの高速化を行った．また，最長のシミュレーションデータのさらなる延伸も進めている．研究計画で想定した通り，シミュレーションデータの入手後，動的構造の解析を進めることが出来ている．そのため，進捗状況を「おおむね順調に進展している」とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで，CP/V-1/CARMIL複合体の分子シミュレーションを実行し，そのデータを解析することで，動的構造に関する調査を進めてきた．その調査から，シミュレーションの時間が進むにつれて，CPとV-1の結合部位やその周辺部位で動的構造に変化が見られることが分かってきた．そこで，CPとV-1の結合解離において重要であろう結合部位やその周辺部位に焦点を絞り，実際にどのような運動の変化が起こっているのかを解析する．先行研究において，V-1と結合していない場合に結合部位がどのような運動をするかは調べており，その結果と対比することで結合解離の過程でみられる運動が特異なものか，調査する．
また，これまで行ってきた分子シミュレーションも継続し，さらに長時間のシミュレーションデータも収集する．追加データがある程度たまったら，そのデータも解析し，動的構造がどのように変化しているかも引き続き調査する．
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