ゲノムジャンク領域にコードされる機能ペプチドの制御機構の情報学的推定と実験的検証

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K12107
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 福吉 修一 金沢大学, 薬学系, 講師 (10456410)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 素行 千葉大学, 大学院薬学研究院, 教授 (20377906) ; 清水 謙多郎 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (80178970)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: リボソーム / uORF / 分子動力学シミュレーション / 粗視化モデル

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、ヒトゲノムにおける非翻訳領域による生理活性機構の全貌解明を目的とし、翻訳に関わるリボソームが、メッセンジャーRNA上の非コード領域の上流にあるORF（uORF）を翻訳する際の挙動を検討するため、80Sリボソームの構造情報解析を中心とした研究を行った。今年度の補助金は、主にこの研究を遂行するための計算機部品の購入に当てられた。
・別用途で使用していたコンピュータ（Ryzen Threadripper 2990WX 32CPU×3台）をベースとし並列計算環境構築のためクラスターコンピュータの作成を行った。また、上記コンピュータでGPUを用いた分子動力学シミュレーション計算を行うため、補助金を用いてグラフィックカード及びデータストレージ用にSSDを購入した。
・uORFペプチドとリボソーム内トンネル部位との相互作用を議論するため、トンネルを持つ50Sサブユニットに対する分子動力学シミュレーションを行っており、収束し次第ペプチドとのドッキングを行う予定である。リボソームの構造は、タンパク質構造データバンク（PDB）から入手（PDBID: 4UG0）し30Sサブユニットを除去したモデルを用い分子動力学シミュレーションソフトウェアAMBERにより計算を行っている。
・リボソームのような分子量が2,700,000を超えるタンパク質とRNAの巨大分子複合体において上記全原子シミュレーションは１回の計算に多くの計算コストが必要となる。計算コストを削減する目的で、精度は落ちるが残基を１個の粒子として近似するGOモデルを用いた粗視化についても検討を行っている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

計算機環境構築に時間がかかってしまった。

Strategy for Future Research Activity

50Sサブユニットの分子動力学シミュレーションの結果をもとに、リボソームトンネル部位－新生ペプチドについてドッキングシミュレーションを行う。得られたスコアの高いフォームについては、QM/MM法をもちいてより厳密な構造予測を行う。
また、ESUCA法を用いた、ゲノムのデータベース横断解析を行い進化保存的uORFの探索も行う。

Causes of Carryover

半導体高騰のため、購入を予定していたグラフィックカードが入手できず、個数とスペックを下げたため、結果的に支出が減少した。
また、コロナ禍で参加した学会がすべてリモートとなったため旅費を使用しなかった。
翌年度分として請求した助成金と合わせて、シミュレーションおよびドッキングに使用しているソフトウェアの更新に使用する予定である。