2014 Fiscal Year Research-status Report
蛋白質における埋もれた極性残基の機能評価のためのデータベース構築
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26730148
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
城田 松之 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00549462)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 蛋白質構造 / データベース開発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は研究実施計画に基づいて，Protein Data Bankに登録されたタンパク質立体構造を網羅的に取り扱い，その中に含まれる埋もれた極性残基の構造情報についての解析を行った．これらの埋もれた極性残基を持つタンパク質について，PDBの他の類似タンパク質とのマルチプル配列アラインメントを作成し，埋もれた極性残基が疎水性残基と置換されているものを抽出した．また，PDBの立体構造を構造アラインメントに基づいてクラスタリングし，各クラスターにおける埋もれた極性残基の残基置換パターンを調べた．さらに，埋もれた極性残基について二次構造や側鎖間相互作用と行った局所構造に基づく分類を行い，極性残基の埋もれ方についての情報を収集した．
極性残基として特にセリン，スレオニン，アスパラギン，アスパラギン酸，グルタミン，グルタミン酸，アルギニン，リジン，ヒスチジンに注目し，PDBの中で埋もれている極性残基をすべて抽出することが出来た．また，極性残基の埋もれの定義を，Accessible surface areaおよび，埋もれ度（Contact number）を用いて様々な計算方法や閾値を変えて検討し，複数の手法で埋もれていると判断される残基を検討した．特に埋もれにくい荷電性残基であるグルタミン酸，アルギニン，リジンについて，複数の埋もれたこれらの残基をもつタンパク質について具体的に構造上の特徴を検証した．その結果，荷電性の側鎖はタンパク質主鎖の極性基や反対の荷電を持つ側鎖によって安定な相互作用を形成していることが確認された．
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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
PDBの立体構造における埋もれた極性残基を網羅的に抽出し，その構造的特徴と進化上の特徴を抽出するという初年度の目標はほぼ達成することが出来た．タンパク質における埋もれた極性残基は疎水性残基が埋もれるというタンパク質構造安定化の原理からは一見反するものであるが，側鎖の極性の強さによって程度の差はありこそすれ，すべての極性残基がタンパク質内部に埋もれた構造を集めることが出来た．これらの埋もれた極性残基について研究計画に基づいて以下の３点について解析を行った．
・アミノ酸配列（変異パターン）：埋もれた極性残基を持つタンパク質のアミノ酸配列について相同性検索を行い，配列アラインメントから埋もれた極性残基やそれと相互作用をする残基について疎水性残基などと置換されるものを抽出した．
・構造アラインメントによる全体構造の比較：PDBから配列冗長性をのぞいた代表構造について網羅的に構造アラインメントを行い，類似構造をクラスタリングし，クラスター内での埋もれた極性残基の置換パターンを比較検討した．
・局所構造の比較：埋もれた極性残基についてタンパク質構造における主鎖や側鎖の相互作用について網羅的に検討することで，極性残基をタンパク質内部に埋もれさせるためのパターンを抽出することが出来た．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度は平成26年度に作成した埋もれた極性残基についての情報をまとめ，データベース化し公開するとともに，見つかった埋もれた極性残基がタンパク質の構造安定性に与える影響を物理化学および進化の観点から調べるための解析を行う．まず，データベース化についてはこれまでに検討した各極性残基について，タンパク質構造内部に実際に埋もれている残基を公開するとともに，ユーザが様々な条件でアミノ酸残基種，埋もれの定義のやり方，埋もれ方として極性相互作用の種類や自身や相互作用相手の二次構造，相互作用相手との配列上の距離などで絞り込んで結果を表示することができるようにする予定である．また，進化上の情報についても，埋もれた極性残基のうち，配列アラインメント上で他の極性残基，あるいは疎水性残基に置換しているものや，PDBの他の構造の中で置換されているものについて検索を可能にする．このように，埋もれた極性残基の情報を網羅的に整理して検索しやすいデータベースを作成し公開する予定である．さらに，前年度の配列比較，全体構造と局所構造の比較解析結果に基づいて，タンパク質の構造上で埋もれた極性残基を挿入可能な部位を予測する手法を開発する．このような手法はシミュレーションや実験においてタンパク質の疎水性コアに極性残基を導入する候補を作り出す上で有用となることが期待される．
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| Causes of Carryover |
本年度は物品費，旅費，人件費・謝金，その他の項目で次年度使用額が生じている．このうち，物品費については今年度の必要な解析を行うための計算機を既存の設備でまかなうことが出来たために次年度使用額が生じた．旅費については，今年度の研究発表の回数が予定よりも減ったことによる．また，当初研究補助のアルバイトを雇う予定であった解析については適当な人材が見つからず一部申請者自身が行い，一部を次年度に行う予定である．最後にその他の項目については研究成果発表の費用として次年度に継続して執行予定である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
物品費については平成27年度のデータベースの公開において必要な計算機リソース等の整備において使用する．データベース公開の際に必要なインターフェースの整備などについてアルバイトとして人件費を支出する．最後に研究成果発表を行うことで，旅費，その他の次年度使用額を使用する予定である．
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