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2011 Fiscal Year Annual Research Report

変異体情報に基づく回転モーター固定子タンパク質の立体構造モデリングと機能解析

Research Project

Project/Area Number 23370066
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Research Field Biophysics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

北尾 彰朗  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 准教授 (30252422)

Keywords生体膜 / 受容体 / チャンネル / 立体構造モデリング
Research Abstract

本研究では、プロトン勾配で駆動される細菌べん毛モーターの固定子であるMotA/Bとこれにホモロジーを持ちナトリウムイオンで駆動されるモーター固定子PomA/Bの立体構造を変異体情報に基づいて構築し、大規模分子シミュレーションによって機能のメカニズムを解明する。具体的には。イオン透過のメカニズムを明らかにし、べん毛モーター全体の機能解明の端緒とすることで、膜タンパク質が持つ未知の原理を探求することを目指している。そのために当該年度は、(1)プロトン駆動型べん毛回転モーターMotA/Bの立体構造モデリングと(2)MotA/Bの機能シミュレーションとメカニズム解明を主な課題として研究に取り組んだ。
(1)プロトン駆動型べん毛回転モーターMotA/Bの立体構造モデリングに関しては、主に膜貫通へリックス部位予測による2次構造情報、Cys変異により得られた残基間の遠近情報、Trp変異による機能の喪失情報を用いてモデリングを行った。距離拘束条件としては、Cys変異により得られた残基間の遠近情報のうち、収率20%以上を基準とすると4分の1である41ペアが対象となり、対称性も含めて83の残基間ペアに距離拘束を与えた。これにより初期のモデル構造を生成したのち、更に露わに脂質分子・溶媒の水分子とイオンを含めた原子レベルの分子動力学シミュレーションを行って立体構造を精密化した。これらの計算ののち、最も矛盾が少ない立体構造を選び出した。
また、(2)MotA/Bの機能シミュレーションとメカニズム解明のために、更に長時間シミュレーションによって立体構造変化と安定性・構造揺らぎの特徴を中心に解析をおこなった。
平成23年度秋にタイで発生した大規模な洪水により、ハードディスクが予定量導入できず繰越を行ったが、平成24年6月に納入が完了し、研究を予定通り遂行することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

MotA/Bの機能シミュレーションとメカニズム解明が予定より早く進行し、プロトン透過シミュレーションの準備段階までを年度内に行うことができたから。

Strategy for Future Research Activity

プロトンを透過する過程のシミュレーションを本格的に行う。具体的には、プロトンが透過するチャネルを同定し、水・ヒドロニウムイオン・ナトリウムイオンの透過シミュレーションと自由エネルギー計算をおこなう。これにより、更にMotA/Bの機能シミュレーションとメカニズム解明を更に推進する予定である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Screw motion regulates multiple functions of T4 phage protein2012

    • Author(s)
      Wataru Nishima, Shuji Kanamaru, Fumio Arisaka, Akio Kitao
    • Journal Title

      Journal of The American Chemical Society

      Volume: 133 Pages: 13571-13576

    • DOI

      10.1021/ja204451g

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The fast-folding mechanism of villin headpiece subdomain studied by multi-scale distributed computing2012

    • Author(s)
      Ryuhei Harada, Akio Kitao
    • Journal Title

      Journal of Chemical Theory and Computation

      Volume: 8 Pages: 290-299

    • DOI

      10.1021/ct200363h

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exploring the Folding Free Energy Landscape of a β-Hairpin2011

    • Author(s)
      Ryuhei Harada,Akio Kitao
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 115 Pages: 8806-8812

    • DOI

      10.1021/jp2008623

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transform and relax sampling for highly anisotropic systems:2011

    • Author(s)
      Akio Kitao
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 135 Pages: 045101

    • DOI

      10.1063/1.3613676

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] タンパク質ソフトモードのサンプリングと相関解析2012

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      研究会「高次元のサンプリングとデータ解析からみたシミュレーション科学」
    • Place of Presentation
      統計数理研究所 (東京都)
    • Year and Date
      20120307-20120307
    • Invited
  • [Presentation] Finding Function-relevant Dynamics in Proteins2012

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      揺らぎと生体機能・第5回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      東大寺総合文化センター (奈良県)
    • Year and Date
      20120107-20120108
    • Invited
  • [Presentation] 生体超分子の構造変化を制御する分子メカニズム2011

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      分子研研究会「実験と理論による高次分子システムの機能発現の分子論的理解」
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター (愛知県)
    • Year and Date
      20111101-20111102
    • Invited
  • [Presentation] 分子シミュレーションによるタンパク質ダイナミクスとテラヘルツ分光2011

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      日本分光学会 テラヘルツ分光部会 シンポジウム テラヘルツ分光法の最先端V ~バイオテラヘルツ分光~
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜 (神奈川県)
    • Year and Date
      20110928-20110929
    • Invited
  • [Presentation] 機能を生み出すタンパク質の異方的ダイナミクス2011

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学五福キャンパス (富山県)
    • Year and Date
      20110921-20110924
    • Invited
  • [Presentation] Enhancement of soft protein dynamics and efficient2011

    • Author(s)
      Akio Kitao
    • Organizer
      Telluride Science Research Center Workshop
    • Place of Presentation
      Telluride (USA)
    • Year and Date
      20110801-20110805
    • Invited
  • [Remarks] 東京大学分子細胞生物学研究所計算分子機能研究分野

    • URL

      http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/MolDes/

URL: 

Published: 2014-07-24  

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