2014 Fiscal Year Annual Research Report
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23350014
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
篠田 渉 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70357193)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
都築 誠二 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 上級主任研究員 (10357527)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 生体膜融合 / 生物物理 / 分子動力学シミュレーション / ストーク / 自由エネルギー / 粗視化モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膜融合の起こりやすさの膜構成脂質種やペプチドによる変化を分子論的に特徴付けるため、本プロジェクトで開発した計算手法を用いて自由エネルギー解析を行った。反応座標としてストーク形成を介した融合過程を想定し解析を行った。脂質分子構造として、ヘッドグループにPE(ホスファチジルエタノールアミン)、疎水部には不飽和鎖を持つことがどちらも融合の自由エネルギー障壁低下に寄与することがわかった。PEの影響として水和エネルギーが通常の脂質よりも小さいことが原因として指摘されてきたが、本解析はPE膜の負の自発曲率による弾性エネルギーの利得による融合促進効果が大きいという結論を得た。この解析には連続体モデルとの比較が必要であり、連続体モデルへのマッピングに必要な膜系のストレス解析を実装したプログラムの公開も行った (Comput. Phys. Comm. 2015)。ペプチドの影響を解析するため、膜タンパクの粗視化を行い、既存の脂質モデルに適合したモデルを完成させた。この粗視化モデルはアミノ酸の側鎖の脂質膜内における自由エネルギー変化、膜内での複数のタンパク質についてその位置や方向、会合自由エネルギーについて、全原子モデルや実験値を再現する。この粗視化モデルを用いて、融合ペプチド、ヘマグルチニン(HA)の働きを検討した。HAを2枚の膜間に添加するとストークモデルに沿った融合過程の自由エネルギー障壁は予想に反し上昇した。HAは膜表面へ吸着後、膜に正の曲率を誘起することがわかった。さらに3~5分子のHAが膜細孔の縁に吸着し、膜細孔を安定化することがわかった。この結果は、HAはSNAREタンパクなどとは異なり、ストーク形成そのものを促進するのではなく、膜の線張力を制御して細孔形成や細孔を経由した脂質分子交換などにより、融合を促進する可能性が示唆された。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] 膜タンパクの粗視化モデル2014
Author(s)
川本周平, Giacomo Fiorin, Chris MacDermaid, Russell DeVane, 篠田渉, Michael L. Klein
Organizer
第28回分子シミュレーション討論会
Place of Presentation
仙台
Year and Date
2014-11-12 – 2014-11-14
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[Presentation] Coarse-grained model of membrane protein2014
Author(s)
川本周平, Giacomo Fiorin, Chris MacDermaid, Russell DeVane, 篠田渉, Michael L. Klein
Organizer
International Symposium on Extended Molecular Dynamics and Enhanced Sampling: Nosé Dynamics 30 Years (NOSE30)
Place of Presentation
慶應大、東京
Year and Date
2014-11-10 – 2014-11-11
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