2023 Fiscal Year Annual Research Report
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21K06036
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
松井 崇 北里大学, 理学部, 講師 (30463582)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横山 武司 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (20719447)
渡辺 豪 北里大学, 未来工学部, 教授 (80547076)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | X線結晶構造解析 / CryoEM / 分子動力学計算 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、真正細菌の細胞分裂制御に関わるタンパク質であるFtsZが有する重合・乖離機構や重合構造の湾曲化などの繊維化機構を分子動力学 (MD) 計算、X線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡 (CryoEM) による繊維構造の構造解析により、解明するものである。
昨年度までに、様々な菌株由来および核酸結合状態のモデル分子を構築し、FtsZの構造安定性をMD計算で評価し、各構造状態や菌株の違いが構造安定性や運動性を変えていることを明らかにした。
この成果をもとに、今年度はMD計算で運動性に関与すると示唆された残基を変異させた5種類の変異体を設計し、発現・精製した。得られた試料は結晶化し、3種類の変異体は複数の結晶化条件で結晶を調製できた (変異体×結晶化条件=合計100条件以上で結晶を得た)。そこで、各変異体の結晶化条件と、既知結晶構造の結晶化条件をスコア化し、クラスタリング解析で各条件の類似度を求めた。現在は、既知構造との類似度の低い変異体の結晶化条件から得た結晶を順次X線に照射して回折像を取得し、構造解析を実施中である。
また、FtsZの繊維構造を効率よくCryoEM解析するためには、FtsZ繊維同士が互いに凝集していないことを確認しておく必要があった。そこで、FtsZ繊維の繊維間相互作用が少ない単分散な1本ずつ独立した繊維を形成することを、質量分析によって分析する手法を確立した。本手法で線維状態を確認した試料はCryoEMで高い単分散性を示したため、本試料は現在、構造解析中である。
研究計画に対する研究の進展は想定よりも滞っているものの、当初予定では予期しなかった新たな要素技術を確立できた。本研究で得た要素技術は、申請時に想定した波及効果を超えた分野に対しても活用でき、本研究によって、申請時とは異なる新たな方向性に対して研究が大きく進展したと考えている。
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