2014 Fiscal Year Research-status Report
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25410025
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
優 乙石 独立行政法人理化学研究所, 杉田理論分子科学研究室, 研究員 (90402544)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 蛋白質 / 高圧 / 分子動力学 / 水和 / 部分モル体積 / 細胞環境 / 分子混雑 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、溶液中のタンパク質の体積的寄与を、全原子モデルを用いた分子動力学シミュレーションによって理論的に調査することで、深海生物の圧力耐性の解明や高水圧がタンパク質機能に与える影響などを分子レベルで明らかにする事を目的としている。一方で、水圧が到達する最終的な場である細胞質はタンパク質や核酸などの生体分子が高濃度で共存している分子混雑環境である。本研究はこのような細胞質内の物理化学的環境と、その圧力応答を調査するという側面も持ち合わせている。
本年度は、前年度に引き続き生体分子体積計算プログラムの高速化と改良を行った。空間分割法とセルインデックス法を組み合わせることで、（同じ解像度のグリッドサイズで比較した場合）従来の15倍程の高速化を達成した。
このような高速化と並行して、現在まで単一のタンパク質解析用に設計した体積計算プログラムを、細胞内のように多数の蛋白質が互いに近接しながら拡散している場合に適用できるように改良した。溶液系の分子動力学シミュレーションは主に周期境界条件を用いているため、基本セル内の各グリッドが周囲の蛋白質からどれほど離れているか決定するにはイメージセル中の蛋白質も含めて近傍原子を効果的に抽出する必要があった。
分子動力学シミュレーションは、昨年度に作成した、小型のタンパク質を用いた分子混雑系モデルに対して続行し、数百ナノ秒ダイナミクスが得られている。シミュレーションから得た原子座標の時系列データから、細胞環境内の水和体積や幾何学的体積の解析を行った。得られた成果の一部は学術誌に投稿準備中である。
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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
プログラム開発や、細胞環境の調査は順調に進んでおり、成果の一部は論文投稿を控えている。好圧菌酵素の調査については、立体構造やアミノ酸配列の特徴を調査中である。一方で、多くの生物に共通してみられる解糖系酵素については、細胞環境や希薄溶液環境でのシミュレーションが進んでおり、これらのタンパク質に対しては圧力応答を調査する準備が整いつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在まで、細胞内分子混雑環境におけるタンパク質の体積要素について、常圧下でのデータが得られている。今後は、このような系に対し、高水圧を付加して各体積要素がどの程度部分モル体積減少に寄与しているかを定量的に調査する予定である。酵素反応に与える圧力の寄与については、現在までに得られている一般的な解糖系タンパク質の常圧データをリファレンスとして有効活用し、最終的には好圧菌由来の酵素の調査に進みたい
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| Causes of Carryover |
研究に必要なワークステーションなどの計算資源は、前年度の購入により概ね足りていた。また、計算結果の保存のための記憶媒体も当初の予想より余裕が出来たため、追加する必要がなくなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
主に海外での学会発表や、ワークショップなどの出張費に充てる予定である。
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Research Products
(5 results)
