2023 Fiscal Year Research-status Report

大量のシミュレーションデータによるアクチンのファイバー形成に関わる構造変化の解析

Research Project

Project/Area Number	23K11318
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	小池亮太郎名古屋大学, 情報学研究科, 助教 (20381577)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2027-03-31
Keywords	分子シミュレーション / アクチン / 構造変化
Outline of Annual Research Achievements	アクチンは重合することでファイバーを形成する．このファイバーは細胞の形状維持や変形，細胞内の物質輸送などで重要な役割を果たす．アクチンは重合するさいに，その構造を変化させる．この構造変化をFG変換と呼ぶ．本研究では，アクチンのファイバー形成に不可欠なFG変換の分子メカニズムを調査する．近年，ファイバー形成時のアクチンの構造（F型構造）が高分解能で解明された．このF型構造を初期構造に全原子レベルの分子シミュレーションを行ったところ，ファイバーから脱離したさいの構造（G型構造）への変化が見られた．これはFG変換が計算機上で再現されたことを意味する．このシミュレーションデータを解析し，FG変換の過程でアクチン分子でどのような運動が起こったかを調べる．シミュレーションデータは大量に収集し，統計的な観点からも解析を行う．これにより，より確からしいFG変換における分子メカニズムの構築を目指す．準備の段階でもF型構造を初期構造とした分子シミュレーションを大量に行ってきたが，追加で同程度の量のシミュレーションを実行した．新たに得られたシミュレーションデータを調べたところ，G型への構造変化が見られるデータが，準備段階で得られたものと同程度の量はあることが分かった．これは，FG変換を再現したデータをほぼ倍増できたことを意味する．解析対象となりうるデータ量の増加は，より信頼性の高い分子メカニズムを構築するための重要な基盤となる．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究実績の概要でも述べたように，アクチンの分子シミュレーションを追加で実行した．初期構造としてはF型の構造を採用した．初期速度を変えて100ns（ナノセカンド）のシミュレーションを100回実行した．得られたシミュレーションデータをG型構造と比較し，G型構造へ変化するシミュレーションデータがどの程度あったかを調べた．G型構造への変化が見られなかったデータも，参照データとして活用する．G型構造への変化が見られたデータとは区別しつつ，解析対象データとして保持する．研究計画で想定した通り，追加のシミュレーションをある程度は大規模に実行することが出来た．また，それらのシミュレーションデータがG型構造へ変化するものを含むことが確認できた．そのため，進捗状況を「おおむね順調に進展している」とした．
Strategy for Future Research Activity	ここまでF型構造を初期構造とするアクチンの分子シミュレーションを実行してきた．解析対象となりうるデータ量の増加は，より信頼性の高い分子メカニズムを構築するための重要な基盤となる．そのため，同様のシミュレーションをさらに実行し，データの増量を行う．また，これまでに得られたシミュレーションデータの解析にもとりかかる．FG変換における分子メカニズムの構築を目指し，シミュレーション中でアクチン分子にどのような構造の変化が起こっていたのかを調査する．構造変化の解析には独自に開発した構造変化解析ツールを利用する．解析から得られるであろうアクチンの構造変化に関する情報はデータ化して保持する．この調査はFG変換が再現されたデータ，されなかったデータの双方に対して行う．