2019 Fiscal Year Research-status Report
糖鎖クラスタの立体構造計算法の開発とワクチン設計への応用
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19K12229
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
李 秀栄 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (50390670)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ウィルス / 糖鎖クラスタ / 立体構造予測 / 分子動力学計算 / レプリカ交換法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（成果の具体的な内容）本課題は、分子動力学計算によりウィルス表面を覆う糖鎖クラスタの立体構造を予測し、分子認識における糖鎖の役割を理解することを目的とする。令和元年度は、参照系として混合型糖鎖の溶液中での立体構造アンサンブル計算を実施した。通常の分子動力学計算で糖鎖ように柔軟性の高い分子の立体構造を十分に探索するのは困難であるため、gREST法を用いて糖鎖の二面角運動だけを加速することで、構造探索の効率化を試みた。そして、gREST法を用いた計算結果が、既存データ及び実験値を低コストで再現することを示した。次いで、単量体モデルとしてマチュポウィルスの表面タンパク質（PDBID: 2WFO、４糖鎖、7万原子）を構築し、マイクロ秒の分子動力学計算を実施した。単量体モデルを用いた計算は安定に流れており、今後のgREST法を用いた計算、および3量体モデルの計算を実施するための予備データと知見、技術基盤が得られた。
（意義、重要性）細胞やウィルス表面の糖鎖は、クラスタを形成して個々の糖鎖分子では成し得ない高度な細胞認識を実現している。ウィルス表面糖鎖を認識するワクチンの開発も進められているが、糖鎖構造は複雑かつ柔軟性が高いため、糖鎖クラスタの立体構造情報はほとんど得られていない。分子動力学計算は糖鎖立体構造情報を得る有力な手段であるが、複数糖鎖が結合したタンパク質の計算例は少なく、本成果は糖鎖集合系の構造予測と理解を進める上で学術的にも技術的にも重要である。
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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
溶液中の糖鎖については、レプリカ交換分子動力学計算の実績があり、モデリングと計算セットアップが順調に進んだ。複数糖鎖のモデリングについても、多少の工夫が必要ではあったものの、オンラインモデリングツールをベースに順調に進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に基本的な変更はない。単量体の計算結果をもとに、3量体フルモデルを構築し、高マンノース糖鎖が結合したモデルと部分的に混合型糖鎖を混ぜたモデルの立体構造アンサンブル計算を実施する。
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| Causes of Carryover |
（理由）GPU搭載ワークステーションの購入を予定していたが、希望性能のGPU価格が高く、GPU搭載を次年度に延期したため。
（使用計画）希望性能のGPU価格も落ち着いており、それを購入しワークステーションの演算能力を補強する予定である。
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