2013 Fiscal Year Annual Research Report
分子シミュレーションによるV型ATPaseの回転機構の解明
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25291036
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
池口 満徳 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 准教授 (60261955)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | V型ATPase / 分子モーター / 分子シミュレーション / 分子動力学 / V1-ATPase / 回転機構 |
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| Research Abstract |
本研究は、コンピュータシミュレーションを用いて、V型ATPaseの回転機構を明らかにすることを目的としている。本年度は、最近決定された、V1-ATPaseの立体構造に対し、溶媒を露わに含んだ全原子分子動力学シミュレーションを実行した。このシミュレーションは、安定構造の周囲の構造ゆらぎを計算する平衡分子動力学シミュレーションである。その結果、V1-ATPaseの構造柔軟性の特徴や相関運動のあり方を解析することができた。V1-ATPaseの活性サブユニットは、Aサブユニットであるが、ATPが結合したときの構造変化は、F1-ATPaseの対応するβサブユニットの構造変化と大きく異なる。F1-ATPaseのβサブユニットでは、ATPが結合するところを境目にして、二つのおおよそ同等なサイズの動的ドメインがオープン－クローズの構造変化を起こすのだが、V1-ATPaseのAサブユニットでは、Ｎ端ドメインとATPのγリン酸が結合するArmへリックスだけが片方の動的ドメインとなり、残りすべてがもう一方の動的ドメインとなって構造変化を起こす。分子動力学シミュレーションにおける構造揺らぎにおいても、V1-ATPaseの構造変化様式を反映した揺らぎが観察された。すなわち、Armへリックスは、Aサブユニットの他の部位とは孤立して運動しており、その間の相関運動は少なかった。むしろ、Armへリックスは隣のBサブユニットと連携して運動していた。さらに、Armへリックスと協調して構造変化するN端ドメインもBサブユニットと強く連携して運動していた。このことから、Ｎ端ドメインとArmへリックスは単独で、Aサブユニットの他の部分とのオープン－クローズ運動を起こすのではなく、Ｎ端ドメイン－Armへリックス－Bサブユニット複合ドメインと、Aサブユニットの残りドメインとの間で、オープン－クローズ運動を起こしていることが明らかになった。
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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
研究実績の概要に記したように、該当年度では、V型ATPaseの全原子平衡分子動力学シミュレーションを遂行し、その動特性解析において成果を得た。現時点では、その結果の解析と並行して、すでに論文執筆作業を始めている。現時点では、順調に研究は進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点で完了した分子動力学シミュレーションは、安定状態の周囲の揺らぎを計算することを目的としている。今後のさらなる回転機構の解明に繋げていくためには、複数の状態間の遷移を扱っていく必要がある。一つには、溶媒も露わに含んだ全原子分子動力学シミュレーションを用いて状態間を繋いでいくことであるが、もう一つのやり方として、粗視化分子動力学シミュレーションを導入して、ダイレクトに回転機構を解明していくという研究方法が考えられる。そこで、現在、粗視化分子動力学シミュレーションで、Ｖ型ATPaseの回転シミュレーションを実現するべく、準備を進めているところである。このような粗視化分子動力学シミュレーションと全原子分子動力学シミュレーションの結果を統合的に解釈し、全体像を理解していく、すなわち、マルチスケールシミュレーションの方法を用いて、Ｖ型ATPaseの回転機構を解明していこうと考えている。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
予想外に順調に分子シミュレーション・解析計算が進んだので、計算機使用料等が少なくて済んだためである。
今後は、より大規模な計算も必要になってくると思われるので、計算機使用料などに重点配分するとともに、データ格納のためのディスク装置なども必要になってくる可能性がある。
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