生体膜の機能に関与する脂質分子と水分子の相互作用

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26560448
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 村田 道雄 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40183652)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 脂肪酸結合タンパク質 / 疎水分子の水和 / 膜タンパク質 / 周辺脂質 / 分子認識機構

Outline of Annual Research Achievements

重要な生体機能を担っている疎水性分子の相互作用を分子論的に理解するために、逆説的に聞こえる「脂質分子と水分子の相互作用が脂質・タンパク質の親和性を強める」との仮説を実験的に検証した。これには、実験科学的アプローチによって、脂質分子に特有な分子運動とそれに連動する水分子の相互作用の分子論的基盤を解明することが重要である。
GPCRにおけるコレステロールやイオンチャネルにおける酸性リン脂質など、脂質が主にタンパク質の疎水表面に結合することによって、タンパク質の機能の調節を行っていることが明らかになっている。しかし、高速で配座を変化させる脂質分子との弱い相互作用で一瞬だけ形成される脂質・タンパク質複合体の構造を把握するのは非常に困難であり、熱力学的解析もしくは分子動力学計算による記述が試みられているに過ぎない。本研究は、これら複雑で極めて高速な構造変化を、実際の生体分子から取得した実験データを加味して取り扱う手法を提案することを目指して進められた。特に、脂肪酸結合タンパク質について、２つの新規実験手法（ゲル結晶化による疎水リガンドのソーキングによる結合、および室温での脂質性リガンドの正確な結合構造の決定）を介して、今まで得られていなかった構造情報を取得し、さらに共同研究者とともに、脂肪酸結合タンパク質の変異体を合成し、その中の脂肪酸リガンドと水分子の構造と精査することに成功した。水分子を加味した計算化学的手法によって、疎水性リガンドとそれを取り巻く水分子の関係を、タンパク質脂質複合体構造とカロリーメータ―の実験結果を精密に考察することが可能となった。

Research Products

• [Journal Article] Development of protein seed crystals reinforced by high-strength hydrogels. (2015)
  • Author(s): Sugiyama, S., Shimizu N., Kakinouchi, K., Hiraoka, O., Matsumura, H., Yoshikawa, H. Y., Takahashi, Y., Maruyama, M., Yoshimura, M., Adachi, H., Takano, K., Murakami, S., Inoue, T., Murata, M. and Mori, Y.
  • Journal Title: CrystEngComm Volume: 17 Pages: 8064-8071
  • DOI: 10.1039/C5CE00844A
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular dynamics simulations of heart-type fatty acid-binding protein in apo and holo forms, and hydration structure analyses in the binding cavity. (2015)
  • Author(s): Matsuoka, D., Sugiyama, S., Murata, M. and Matsuoka, S.
  • Journal Title: J. Phys. Chem. B Volume: 119 Pages: 114-127
  • DOI: 10.1021/jp510384f
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Grease matrix as a versatile carrier of proteins for serial crystallography (2015)
  • Author(s): M Sugahara, M., Mizohata, E., Nango, E., Suzuki, M., Tanaka, T., Masuda, T., Tanaka, R., Shimamura, T., Tanaka, Y., Suno, C., Ihara, K., Pan, D., Kakinouchi, K., Sugiyama, S., Murata, M., Inoue, T., Tono, K., Song, C., Park, J., Kameshima, T., Hatsui, T., Joti, Y., Yabashi, M. and Iwata, S.
  • Journal Title: Nature Methods Volume: 12 Pages: 61-63
  • DOI: 10.1038/nmeth.3172
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 創薬加速に向けた難溶性低分子複合体結晶作製の革新的技術開発 (2015)
  • Author(s): 杉山成,垣之内啓介・石田英子・松村浩由・安達宏昭・高野和文・丸山美帆子・吉川洋史・高橋義典・吉村政志・村上 聡・井上 豪・村田道雄・森 勇介
  • Organizer: 第64回高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2015-09-14 – 2015-09-16
• [Presentation] 広範な結晶化条件に適応した新規凝固ゲル中結晶化法 (2015)
  • Author(s): 杉山成,垣之内啓介, 高野和文, 村上聡, 安達宏昭, 丸山美帆子, 吉川洋史, 高橋義典, 吉村政志, 松村浩由, 井上豪, 村田道雄, 森勇介
  • Organizer: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-26
• [Presentation] 膜タンパク質研究基盤の構築に向けた合成リン脂質の利用 (2015)
  • Author(s): 杉山成,斎木悠, 島田真典, 垣ノ内啓介, 新山真由美, 花島慎弥, 溝端栄一, 井上豪, 松森信明, 村田道雄
  • Organizer: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-26
• [Remarks] 村田研究室ＨＰ
  • URL: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/murata/