2021 Fiscal Year Research-status Report
Molecular mechanism of the accurate protein synthesis of the ribosome in translation
| Project/Area Number |
21K06113
|
|---|
| Research Institution | Kobe University |
|---|
Principal Investigator |
森 義治 神戸大学, システム情報学研究科, 講師 (90646928)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | タンパク質合成 / リボソーム / 翻訳因子 / RNA / 分子シミュレーション / マルチスケールシミュレーション / 粗視化シミュレーション / ブラウン運動 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
細胞内には類似した分子が多数存在する。このような環境の中で，例えばタンパク質を合成するリボソームは正しいtRNA分子をどのように選択して結合させるのだろうか。本研究課題は速度論的な観点でこのような分子認識機構を解明することを目的としている。本研究課題においては会合・解離速度定数のような速度論パラメータを3つの計算スケールに分けて計算する。原子レベルでは分子動力学，1個の分子全体はブラウン運動，拡散過程は拡散方程式の解をそれぞれ利用することにより，広いスケールにおよぶ現象を扱うことを可能にする。
第1年目においては上記の目的・方法におけるブラウン運動の方法および拡散方程式に関わる事柄を扱った。分子の会合・解離過程を考察するためにはそれらの運動を理解する必要があるが，計算機シミュレーションによりその運動過程を得るためには空間的・時間的に広いスケールを扱う必要がある。また細胞内の環境を想定する場合，着目している分子の他に多くの分子群が存在している（分子混雑環境とよぶ）。このような環境の存在により，着目している分子の拡散過程は希薄溶液環境とは著しく異なるものであることが想定される。これらのことから，シミュレーションにより分子の会合・解離過程を扱うためには，広いスケールでかつ拡散過程の環境による変化を取り入れた計算を実行する必要があると考えられる。
以上のことを実現するために着目している分子が分子混雑環境に存在する場合における有効的な拡散係数を計算することを試みた。これは着目している分子と細胞内混雑環境を模した分子を多量に含む系を用意し，ブラウン運動計算を適用することにより可能となった。このように分子混雑環境における有効拡散係数が得られると，マルチスケールシミュレーションでは，陽に分子混雑環境を考慮することなく拡散過程を考察することが可能となる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
1年目の研究計画として次のふたつを行う予定であった。(1)分子混雑環境下における拡散係数の決定および(2)マルチスケールシミュレーション手法による分子複合体の速度論パラメータの決定。
まず(1)についてはおおむね順調に進展している。分子混雑環境を構成する混雑分子と溶質に対応する分子から成る系を用意し，ブラウン運動に基づくダイナミクスの計算により拡散係数を決定する。このような方法により様々な濃度における溶質分子の並進拡散および回転拡散についての拡散係数を決定することができた。これらの拡散係数を用いてマルチスケールシミュレーションにおけるブラウン運動計算に対応する領域の計算を実行する。
(2)については，タンパク質複合体における会合・解離過程の速度論パラメータを見積もるためのサンプリング手法の適用において，十分にサンプリングができず，会合・解離過程の中間状態を適切に得ることができていない。このような分子の中間状態のサンプリングにおける不十分さは速度定数などの数値の推定に多大な影響を与えるため改良していく必要がある。
|
| Strategy for Future Research Activity |
第1年目での上記2番目の計画（マルチスケールシミュレーション手法による分子複合体の速度論パラメータの決定）を改めて行っていく必要がある。計画全体における当該内容の実現が必要であるため，より工夫したもしくは異なる方法による手段を採用することが考えられる。必要なことは，会合・解離過程における速度定数の決定であるため，現状況においても代替案はいくつか存在している。当初の計画においては比較的厳密に計算する方法により速度定数を得ることとしていたが，まずは発見的方法を利用し，段階的に改良していくことが計画の進展には役立つと考えられる。
2年目からはより実際的な分子群を扱う予定である。本研究の目的は，リボソームにおけるタンパク質の合成過程において，RNAの会合・解離過程を詳しく理解することにより，tRNAの高精度な選択機構を理解することである。したがって1年目で得られた方法論をこれらの分子系に適用する準備を行っていく。特に翻訳過程におけるtRNAが結合する状況での分子構造からの考察を行うため，対応するリボソーム，tRNA，翻訳因子等の構造を抽出し，粗視化モデル構築・有効拡散係数の決定等を行う。
|
| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により予定していた諸学会が中止またはオンライン化し，該当する出張についての旅費を計上することがなかったことが次年度使用額が生じた主たる理由である。次年度では，本報告書作成時においてはいわゆる現地開催の学会が復活する予定のため，旅費については当初の計画通りに実施する予定である。
また，ここまでに得られた成果を論文としてまとめ，オープンアクセス化などにすることによる費用として計上することを計画している。
|
Research Products
(5 results)
