In-cell NMR立体構造解析に向けた高速・高精度な自動解析システムの開発

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22870026
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 池谷 鉄兵 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (30457840)
• Keywords: In-cell NMR / 立体構造計算 / CYANA / 分子動力学計算 / NMRデータ自動解析

Research Abstract

本年度は,NOESYスペクトルのみを用いた新規構造決定手法であるNOESY-FLYA法の成果に関して科学雑誌上で発表した(J. Biomol. NMR. 50, 137-146 (2011)).本手法は,NOESY以外の他のどのスペクトルも用いずに,化学シフト帰属と,構造決定に必要な拘束情報を収得可能な点が際立った特徴である.モデル試料としてユビキチン(76 a.a.:SAIL標識)、及びTTHA1718(66 a.a.:二重標識)蛋白質の完全自動構造解析を行った.
信号処理法の改良では,これまでin-cellデータの信号解析に用いてきた最大エントロピー法(MaxEnt)に加え,共同研究先であるケンブリッジ大学のグループによって開発されたQuantitative MaxEnt (QME)法を基に,新たにin-cellデータに最適化させた.細胞内GB1蛋白質の立体構造解析にNOESY-FLYA法とQMEの両方を適用させたところ,従来法と比較して,新たに185個のNOEシグナル検出と88個の化学シフト帰属に成功し,主鎖RMSDで0.2A程度収束した立体構造を決定できた.
構造計算手法の開発では,CYANAの2面角系分子動力学計算にデカルト座標系の分子力場の導入に成功し,構造の最適化計算をCYANAの自動NOE解析とを組み合わせて再帰的に計算可能なアルゴリズムを開発した.従来のCYANAは,計算の高速化のために極端に単純化した目的関数で立体構造を評価していたが,本法を利用することにより,これまで以上に高精度の立体構造計算と自動NOE解析が可能になると期待できる.現在,複数の具体的なNMRデータに適用させ,構造の精度と計算速度の両面での実証実験を進めている.

Research Products

• [Journal Article] Exclusively NOESY-based automated NMR assignment and structure determination of proteins (2011)
  • Author(s): Ikeya, T., Jee.J.G., Shigemitsu, Y., Hamatsu, J., Mishima, M., Ito, Y., Kainosho, M., Guntert, P.
  • Journal Title: J.Biomol.NMR Volume: 50(2) Pages: 137-146
  • DOI: 10.1007/s10858-011-9502-8
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 細胞内蛋白質構造の精密化 (2012)
  • Author(s): 池谷鉄兵
  • Organizer: In cell NMR workshop 2012
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 20120327-20120328
• [Presentation] In-cell NMRによる細胞内蛋白質の分子動態解析 (2012)
  • Author(s): 濱津順平, Daniel Nietlispach,池谷鉄兵,三島正規,白川昌宏,伊藤隆
  • Organizer: 日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 20120213-16
• [Presentation] Structure determination of the protein G B1 domain in living cells yb in-cell NMR spectroscopy (2012)
  • Author(s): Saori Hosoya, Tomomi Hanashima, Junmpei Hamatsu, Teppei Ikeya, Masaki Mishima, Peter Guentert, Masahiro Shirakawa and Yutaka Ito
  • Organizer: 日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 20120213-16
• [Presentation] NMR structure refinement by torsion angle moleculer dynamics Simulation using a physical force field in CYANA (2011)
  • Author(s): Teppei Ikeya, Masaki Mishima, Yutaka Ito, Peter Guentert
  • Organizer: ISNMR 2011
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 20111115-20111118
• [Presentation] Structural and dynamics studies of proteins in living cells by in-cell NMR spectroscopy (2011)
  • Author(s): Junpei Hamatsu, Takahiro Shirai, Daniel Nietlispach, Teppei Ikeya, Masaki Mishima, Masahiro Shirakawa, Yutaka Ito
  • Organizer: ISNMR 2011
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 20111115-20111118
• [Presentation] Structure determination of the protein G B1 domain in living cells yb in-cell NMR spectroscopy (2011)
  • Author(s): Saori Hosoya, Tomomi Hanashima, Junmpei Hamatsu, Teppei Ikeya, Masaki Mishima, Peter Guentert, Masahiro Shirakawa, Yutaka Ito
  • Organizer: ISNMR 2011
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 20111115-20111118
• [Presentation] Heteronuclear multidimensional NMR spectroscopy of proteins in human cultured cells (2011)
  • Author(s): Kaori Onishi, Jumpei Hamatsu, Dambarudhar Shiba Sanker Hembram, Takehiro Haremaki, Teppei Ikeya, Masaki Mishima, Masahiro Shirakawa, Yutaka Ito
  • Organizer: ISNMR 2011
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 20111115-20111118