2013 Fiscal Year Annual Research Report
生体分子の構造遍歴ダイナミクスと機能発現の分子機構の理論的解明
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25288011
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
斉藤 真司 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 教授 (70262847)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生体分子 / 構造遍歴 / 動的構造 / 時計タンパク質 / 分子シミュレーション |
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| Research Abstract |
生体分子の構造遍歴ダイナミクスと機能発現の分子機構に関する研究に関して、アデニル酸キナーゼ（AK）、天然変性タンパク質の1つであるKIDの構造変化ダイナミクスの解析を開始した。AKに関してはATPなどの基質が結合していない状態の長時間粗視化シミュレーションを、また、KIDについては長時間分子シミュレーションを進めている。また、AKに関して、シミュレーションで求められた瞬間構造が基質非結合状態の構造にどれだけ似ているかQ値に基づいて定量化し、Q値を反応座標とした構造変化に関する自由エネルギーを見積もった。さらに、ドメイン内・ドメイン間のQ値の組み合わせにより自由エネルギーの地形を解析すとともに、自由エネルギー地形に基づいて天然状態だけでなくさまざまな励起状態を定義した。また、Foerster resonance energy transfer（FRET）により特定の残基間の距離分布が測定されており、シミュレーション結果からこれらの距離分布に関しても解析を行った。このようなQ値を利用した自由エネルギー面や構造の分類などの静的な解析に加え、現在、Q値やFRET実験に対応する残基間の距離の時間相関関数からそれらの変化に関する寿命スペクトルを求め、どのような時定数でドメイン内やドメイン間の構造変化が表されるかを解析を進めている。KIDに関しても、構造変化の記述に有効な変数を探索している。
概日リズムを示すシアノバクテリアの時計タンパク質KaiCの研究に関しては、研究連携者からX線構造解析の結果の提供を受け、局所的構造変化に関する自由エネルギーの解析を進めてきた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
生体分子の構造遍歴ダイナミクスの解析に関しては、当初予定していたアデニル酸キナーゼの構造変化の解析に加え、天然変性タンパク質の解析を開始することができた。また、構造変化の時定数の解析を進めた結果、非常に興味深い結果が得られ今後の結果に期待できるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
生体分子の構造遍歴ダイナミクスに関して、現在、アデニル酸キナーゼおよび天然変性タンパク質の構造揺らぎ・ダイナミクスの解析を進めている。とくに、アデニル酸キナーゼの解析から、その酵素活性に関わる運動と熱的な速い揺らぎの関係が分かりつつある。速い運動と機能に関わる運動の解明は、タンパク質の機能解明の観点において非常に重要な研究課題であり、今後さらに推進していきたい。
時計タンパク質KaiCの解析に関しては、連携研究者（秋山教授（分子研））からX線構造解析のデータを提供して頂き、概日リズムに関わっている考えられる局所構造の変化に関する自由エネルギーの解析を行った。この解析をさらに進めるとともに、今後はATPの加水分解反応の解析を進めていきたい。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度後半から我々の研究グループに助教が加わり、年度後半からの雇用を計画していた博士研究員の雇用を平成26年度以降へとシフトさせたため。
本事業の研究は順調に進展しているが、さらに大きく進めるために、今年度から博士研究員の雇用を計画している。
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