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2012 Fiscal Year Annual Research Report

生体分子モーターのシミュレーション研究:運動から化学反応制御への構造機能解析

Research Project

Project/Area Number 22370057
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

高田 彰二  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60304086)

Project Period (FY) 2010-04-01 – 2013-03-31
Keywordsキネシン / APT加水分解 / 分子動力学 / 粗視化モデル
Research Abstract

本研究の目的は、原子レベルおよび粗視化レベルの分子シミュレーションを駆使して、キネシンを中心とした分子モーターにおける、「運動→構造変化→反応」の制御機構を、構造に立脚したメカニズムとして明らかにすることである。平成24年度の研究課題として、1)K(ATP)とK(ADP)のATP 加水分解能の比較、2)双頭間の張力依存的な構造変化、および3)ネシン歩行運動に関する数理モデルの構築と解析を行った。1)では、K(ADP)の構造中にATPをおいて加水分解反応を計算したところ、昨年度行ったK(ATP)の場合と比べて反応の自由エネルギー障壁が高くなり、加水分解にとって不利な構造であることが明らかになった。K(ADP)では、ATPの周りにたくさんの水分子が存在し、それがバルク相の水のように振舞うため、加水分解反応には不利だと解釈される。2)では、経路上と考えられている、双頭がチューブリンに結合した状態において、双頭間の張力に起因する、進行方向の前の頭部Lのヌクレオチド結合部位周辺の構造変化と、後ろの頭部TのATP加水分解に係ると言われているスイッチIとIIの間の塩橋に変化の兆しが見られた。3)各頭部を4状態で表現した数理モデルを構築し、マスター方程式の解析によって、双頭間のどのようなコミュニケーションがあれば、a) 前方への一方向的な歩行運動が実現され、b) その速度が十分に大きくなり、かつc) ATPからのエネルギー変換効率が高くできるのか、について一定の知見が得られた。上記3点の機能的な要請から導かれた双頭間のコミュニケーションは、これまで構造生物学的なデータから示唆されてきたものと定性的によく一致した。従って、キネシン分子のもつ構造生物学的特徴のいくつかは、機能的制約のもとに進化してきた結果得られるべき必然のものであると考えられる。

Current Status of Research Progress
Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (12 results)

All 2013 2012

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Structure-based Molecular Simulations Reveal the Enhancement of Biased Brownian Motions in Single-headed Kinesin2013

    • Author(s)
      R. Kanada, T. Kuwata, H. Kenzaki, S.Takada
    • Journal Title

      PLOS Comp.Biol.

      Volume: 9(2) Pages: e1002907

    • DOI

      DOI:10.1371/journal.pcbi.1002907

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Protein-Specific Force Field Derived from the Fragment Molecular Orbital Method can Improve Protein–Ligand2013

    • Author(s)
      Le Chang
    • Journal Title

      Journal of Computational Chemistry

      Volume: 34 Pages: 1251-1257

    • DOI

      10.1002/jcc.23250

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] p53 searches on DNA by rotation-uncoupled sliding at C-terminal tails and restricted hopping of core domains2012

    • Author(s)
      T. Terakawa, H. Kenzaki, S. Takada
    • Journal Title

      J. Amer.Chem. Soc.

      Volume: 134 Pages: 14555-14562

    • DOI

      DOI:10.1021/ja305369u

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Energy landscape and multiroute folding of topologically complex proteins adenylate kinase and 2ouf-knot.2012

    • Author(s)
      Wenfei Li
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences USA

      Volume: 109 Pages: 17789-17794

    • DOI

      10.1073/pnas.1201807109

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coarse-Grained Structure-Based Model for RNA-Protein Complexes Developed by Fluctuation Matching2012

    • Author(s)
      Naoto Hori
    • Journal Title

      Journal of Chemical Theory and Computation

      Volume: 8 Pages: 3384-3394

    • DOI

      10.1021/ct300361j

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Kinetic parameter analysis of the mathematical model of caspase cascade by Bayesian statistics with MCMC2012

    • Author(s)
      村上陽平
    • Organizer
      第35回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡市)
    • Year and Date
      20121211-20121214
  • [Presentation] The effect of the internal tension between two heads on the nucleotide binding site of kinesin-1 studied by All-atom MD2012

    • Author(s)
      Ryo Kanada
    • Organizer
      第50回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス(名古屋市)
    • Year and Date
      20120922-20120924
  • [Presentation] Movement of T4 sliding clamp on DNA studied by coarse-grained molecular simulations2012

    • Author(s)
      Itaru Narihara
    • Organizer
      第50回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス(名古屋市)
    • Year and Date
      20120922-20120924
  • [Presentation] Research of Split Point and Fluorescent Recovery of Green Fluorescent Protein by Molecular Dynamics Simulation2012

    • Author(s)
      Mashiho Ito
    • Organizer
      第50回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス(名古屋市)
    • Year and Date
      20120922-20120924
  • [Presentation] 癌抑制転写因子p53のDNA上の結合部位探索メカニズム: 粗視化分子動力学シミュレーションによる研究2012

    • Author(s)
      寺川 剛
    • Organizer
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(名古屋市)
    • Year and Date
      20120620-20120622
  • [Presentation] 分子動力学シミュレーションによるSplit型緑色蛍光タンパク質の蛍光回復研究2012

    • Author(s)
      伊藤 真志保
    • Organizer
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(名古屋市)
    • Year and Date
      20120620-20120622
  • [Presentation] ATP Hydrolysis Free Energy Barriers in Kinesin2012

    • Author(s)
      Matthew J. McGrath
    • Organizer
      JST International Symposium on Multi-scale Simulation of Condensed-phase Reacting Systems
    • Place of Presentation
      名古屋大学ESホール(名古屋市)
    • Year and Date
      20120510-20120512

URL: 

Published: 2014-07-24  

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