2021 Fiscal Year Annual Research Report
マルチドメイン蛋白質CCSの緻密に設計されたドメイン運動とその物理的起源の研究
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20K22629
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
清水 将裕 京都大学, 複合原子力科学研究所, 研究員 (00879869)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 分子動力学シミュレーション / 金属タンパク質 / 銅タンパク質 / 小角散乱 / アンサンブルモデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Copper Chaperone for Superoxide dismutase(CCS)は細胞膜上の銅トランスポーターから銅イオンを受け取り保持し、酵素であるSOD1に渡す。CCSは3つの機能ドメイン(I・II・III)から構成され、さらに二量体を形成する。本課題では計6ドメインからなるCCS二量体の分子運動と銅イオン保持・輸送機能との関係を研究した。
最終年度では、全原子分子動力学法と粗視化分子動力学法を組み合わせCCS二量体の分子運動をシミュレーションした。続き、前年度考案した、シミュレーションデータから、小角散乱データに合致する最も長い時間領域を切り出す手法(SAS-CLIP法)を多数のシミュレーションデータに網羅的に適用し、実験と理論計算双方に整合するCCS二量体の分子運動モデルを収集した。その結果より、CCSのドメインIとIIの結合・解離比が算出できた。さらにCCS二量体は2つのドメインIIIで銅イオンを保持するだけでなく、ドメインIとIIの結合時にはドメインI・IIIによる銅イオン保持も可能となることが示唆された。
期間全体では、小角散乱測定と分子動力学法を組み合わせた生体分子ナノスケール運動解析法の考案、及び考案手法に基づくCCSの銅イオン保持機構と分子運動との関係性提案の二つが主な研究成果である。前者では、上述のSAS-CLIP法を樹立した。この手法はシミュレーションデータの情報量を多く有し、かつ実験結果に整合する分子運動を抽出できる。重要な特長は、少ない計算コストで可能な分子運動の網羅的探索が可能なことである。後者では、CCSのドメインIとIIの結合・解離状態の切り替えが、CCSの銅イオン保持状態のスイッチとなることが示唆された。この分子機構は本研究アプローチでなければ見出せなかったと考えられ、意義深い成果である。
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