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2013 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 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)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2015-03-31
Keywords生体膜 / 受容体 / チャネル / 立体構造モデリング
Research Abstract

MotA/B複合体は1本の膜貫通へリックスとペプチドグリカン結合ドメイン(PBD)からなるMotBの2量体を中心に、4本の膜貫通へリックス(TM1-4)をもつMotAの4量体が取り囲んでいると考えられている。その膜貫通部位のモデリングの段階である目的(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は、23年度で完成し、その後、目的(2)MotA/Bの機能シミュレーションとメカニズム解明に取り組んできた。25年度は24年度から開始した水・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の自由エネルギー計算の計算精度を、アンブレラポテンシャルの数を増やす等、いくつかの改善策を用いて計算精度を上げることに成功した。その結果、水の透過では予測通り自由エネルギー変化はないが、ヒドロニウムイオン・ナトリウムイオンでは透過によって十分なエネルギーの低下があることが確かめられた。また多数回のSteered MDシミュレーションによってもイオン透過の時間経過についても詳細な解析を行った。イオンチャネルには親水性のアミノ酸残基は少ないが、上記のシミュレーション中ではヒドロニウムイオンの透過時にはいわゆるWater wireが形成されることが観察された。これは水分子を媒介にしてプロトンが輸送されるという透過メカニズムを示唆している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

年度当初の計画通り、イオンの透過シミュレーションの自由エネルギー計算の計算精度を、アンブレラポテンシャルの数を増やす等の改善策を用いて計算精度を上げることに成功した。この結果とSteered MDシミュレーションの結果を統合してよってイオン透過のメカニズムが明らかになったから。

Strategy for Future Research Activity

26年度は、目的(2)MotA/Bの機能シミュレーションとメカニズム解明の最終年度として、イオン透過が細胞質ドメインに及ぼす影響を検討する。細胞質ドメインの立体構造は現時点では不明であることから、第1段階では大まかな楕円体を仮定した場合に想定される運動をモデル計算し、回転子に与えうる動きを検証する。第1段階が順調に進んだ場合、第2段階として細胞質ドメインをモデリングする可能性も検討する。また、MotA/Bのモデル構造に基づいて、目的(3)ナトリウムイオン駆動型べん毛回転モーターPomA/Bの立体構造モデリングと機能解明を推進する。

  • Research Products

    (15 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 8 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Mechanism of Deep-sea Fish α-Actin Pressure Tolerance Investigated by Molecular Dynamics Simulations2014

    • Author(s)
      Nobuyuki Wakai and Akio Kitao
    • Journal Title

      PLoS ONE

      Volume: 9 Pages: 0085852-1-12

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0085852

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CyClus: A fast, comprehensive cylindrical interface approximation clustering/reranking method for rigid-body protein-protein docking decoys2013

    • Author(s)
      Satoshi Omori and Akio Kitao
    • Journal Title

      Proteins

      Volume: 81 Pages: 1005-1016

    • DOI

      10.1002/prot.24252

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Inhibition of a type III secretion system by the deletion of a short loop in one of its membrane proteins2013

    • Author(s)
      Vladimir A. Meshcheryakov, Akio Kitao, Hideyuki Matsunami and Fadel A. Samatey
    • Journal Title

      Acta Crystallographica Section D-Biological Crystallography

      Volume: D69 Pages: 812-820

    • DOI

      10.1107/S0907444913002102

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Parallel cascade selection molecular dynamics (PaCS-MD) to generate conformational transition pathway2013

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

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 139 Pages: 035103-1-10

    • DOI

      10.1063/1.4813023

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] MuSTAR MD: Multi-scale sampling using temperature accelerated and replica exchange molecular dynamics2013

    • Author(s)
      Yu Yamamori and Akio Kitao
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 139 Pages: 14510-1-11

    • DOI

      10.1063/1.4823743

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 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2013

    • Author(s)
      城地保昌,北尾彰朗
    • Journal Title

      化学工業

      Volume: 64 Pages: 7-13

  • [Presentation] 柔らかさを利用したタンパク質とその集合体の機能制御2014

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      日本化学会 第94春季年会 シンポジウム
    • Place of Presentation
      愛知県名古屋市/名古屋大学東山キャンパス
    • Year and Date
      20140327-20140330
    • Invited
  • [Presentation] バイオ分子が働く様子をコンピュータでみてみよう2014

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      化学への招待-講演会;コンピュータ化学で物質の振舞いや生命現象を「見る」
    • Place of Presentation
      東京都目黒区/東大生産技術研究所コンベンションホール
    • Year and Date
      20140125-20140125
    • Invited
  • [Presentation] 巨大生体超分子の構造転移制御メカニズム2013

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      HPCI戦略プログラム 分野1×分野2 シンポジウムin 名大「生体分子複合システムを計算する-相互作用は何をもたらすのか-」
    • Place of Presentation
      愛知県名古屋市/名古屋大学IB電子情報館
    • Year and Date
      20131217-20131217
    • Invited
  • [Presentation] 集団座標による分子シミュレーションの解析2013

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      第7回分子シミュレーションスクール」「TCCIウィンターカレッジ」
    • Place of Presentation
      愛知県岡崎市/岡崎コンファレンスセンター
    • Year and Date
      20131023-20131025
    • Invited
  • [Presentation] Exploring protein conformational transition pathways with efficient molecular simulation method2013

    • Author(s)
      Akio Kitao
    • Organizer
      Telluride Science Research Center Protein Dynamics Workshop on Protein Dynamics
    • Place of Presentation
      Telluride, CO, USA
    • Year and Date
      20130801-20130805
    • Invited
  • [Presentation] 分子シミュレーションによる大腸菌べん毛モーター固定子MotA/Bの立体構造モデリングとプロトン透過メカニズム2013

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      第3回分子モーター討論会
    • Place of Presentation
      東京都文京区/東京大学フードサイエンス棟中島董一郎記念ホール
    • Year and Date
      20130719-20130720
    • Invited
  • [Presentation] How Can Soft Molecular Machinery Be Well-Regulated? Structure and Function of Bacterial Flagella2013

    • Author(s)
      Akio Kitao
    • Organizer
      第15回日韓分子科学シンポジウム
    • Place of Presentation
      兵庫県神戸市/ホテル北野プラザ六甲荘
    • Year and Date
      20130703-20130705
    • Invited
  • [Presentation] 蛋白質構造ダイナミクスと機能の関係を探るより効率的な分子シミュレーション2013

    • Author(s)
      北尾彰朗
    • Organizer
      第13回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      鳥取県鳥取市/とりぎん文化会館
    • Year and Date
      20130612-20130614
    • 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: 2015-05-28  

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