2020 Fiscal Year Research-status Report

タイリングによるウイルス外殻のボトムアップ設計

Research Project

Project/Area Number	20K21380
Research Institution	Saitama University
Principal Investigator	松永康佑埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60464525)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	舘知宏東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (50586740) 堀山貴史北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (60314530)
Project Period (FY)	2020-07-30 – 2023-03-31
Keywords	カプシド / タイリング / 準等価理論
Outline of Annual Research Achievements	本研究はウイルス外殻の複合体構造について、Casper&Klugの準等価理論に代表されるような展開図を近似して正二十面体を作るアプローチとは対照的に、そもそもどのように球面上を敷き詰めることができるのか？というタイリングの観点からそのパターン調べ、ウイルス外角の構成原理とデザイン原理の理解を深化させることを目的とする。本年度の半年間では、(1)球面上のタイリングの理論的な考察と、(2)カプシドをモデリングするためのドッキング計算のコード開発を行った。(1)ではまず、既に知られている平面上を埋め尽くすタイルのパターンから出発し、それをCasper&Klugの準等価理論と組み合わせて正二十面体へと拡張することで、球面上を埋め尽くすタイリングのパターンを考察した。その結果、球面上を埋め尽くすタイルが持つ対称性がいくつかのパターンに限られており、分類できることがわかった。そこから定義される新たな分類に基づいて、カプシド構造のデータベースの構造(VIPERdb)のT=1をもつカプシド構造をマニュアルで分類したところ、近似的ではあるがカプシドのタイリングは予想した対称性のパターンに分類できることがわかった。(2)では、カプシドを組み立てるためのドッキング計算コードをフルスクラッチで実装した。単純なグリッドベースのドッキングスコアを用いて、タンパク質二量体の形成から、回転対称性を持つホモ多量体を形成できるとこをまで実装し、既知の複合体構造を使ってテストすることができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初はドッキング計算コードの開発については、初年度の1年間をかけて単純なT=1のカプシドをモデリングするところまで開発する予定であったが、採択後の半年間しか進められなかったのも一因となり、回転対称性を持つホモ多量体のモデリングに留まっている。しかし半年間の進捗としては遅れておらず、次年度前半に2回、3回、5回の回転対称のモデリングを組み合わせれば早い段階で単純なT=1構造がモデリングできると考えている。一方で、球面上のタイリングの理論についてはこの半年間で深い進展があり、得られた知見からより深い構成原理を探り、ドッキング計算などへ反映できれば当初予期していたよりも大きな進捗が期待できる。
Strategy for Future Research Activity	本研究は、研究分野も異なり、研究場所も離れている3名の研究者の共同研究として推進しており、互いの研究内容を知るためにも旅費を多く計上して頻繁な研究打ち合わせを計画してたが、本年度はコロナ禍のためにそれが叶わなかった。しかしながら、SlackやZoomなどのITツールを有効に活用することで、対面で研究打ち合わせすることと同等なレベルで研究が推進できたと考えている。次年度についてもコロナ禍が続くことが予想されることから、引き続きITツールを活用して議論やデータのやりとりを行なっていく。
Causes of Carryover	「今後の研究の推進方策」に記載した状況のため次年度使用額が生じた。次年度も、前半は引き続きコロナ禍が続くことが予想されるが、ワクチン普及による国内外の学会の現地開催の復活や、出張制限緩和による対面での研究打ち合わせの復活を見越して、それら参加のための旅費として使用することを計画している。