• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2017 Fiscal Year Annual Research Report

Molecular Study of the interplay between chemical reactions and protein conformational changes in biomolecular systems

Publicly Offered Research

Project AreaScience on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment
Project/Area Number 16H00856
Research InstitutionInstitute for Molecular Science

Principal Investigator

森 俊文  分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 助教 (20732043)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Keywords酵素反応 / Pin1 / 自由エネルギー / 反応ダイナミクス / 構造揺らぎ / 分子シミュレーション / 遷移状態
Outline of Annual Research Achievements

酵素反応では、化学反応とタンパク質の構造変化がうまく組み合わさることで反応が進行する。これらの酵素反応がどのように進行するかについて、これまで自由エネルギー面に基づいた解析が多く行われてきたが、時間・空間スケールの大きく異なるこれら2つの運動が実際にどのように協働的に進行するかについて理解は、あまり進んでいない。本研究では、特に反応ダイナミクスに注目して、理論的アプローチから酵素反応の分子機構を明らかにすることを目指した。そのために、具体的な系として、プロリン異性化酵素の一つであるPin1タンパク質におけるcis-trans異性化反応に取り組んだ。
本年度は、昨年度までに得られた知見をもとに、より定量的な反応の自由エネルギー面を計算するとともに、どのようなタンパク質構造が異性化反応を触媒しているかの詳細を調べた。そのために、レプリカ交換アンブレラサンプリング法を用いて異性化反応の構造サンプリングを広く行い、これらを初期構造として、transition path sampling法によって多数の遷移トラジェクトリを生成した。これらのトラジェクトリの解析を行った結果、過渡的な基質の歪みが異性化の起こる前に生じており、それを実現するために、基質とPin1タンパク質の間にある水分子が取り除かれる必要があることなどが明らかになった。これらは、タンパク質の構造揺らぎの中から反応に重要な構造が過渡的に形成され、それによって酵素反応が起きていることを示しており、酵素反応の分子機構にタンパク質の柔らかな構造が果たす役割について、新たな知見をもたらしている。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Kasetsart University(タイ)

    • Country Name
      THAILAND
    • Counterpart Institution
      Kasetsart University
  • [Journal Article] Structure and dynamics of solvent molecules inside the polytheonamide B channel in different environments: a molecular dynamics study2018

    • Author(s)
      Mahroof Kalathingal , Takashi Sumikama, Toshifumi Mori, Shigetoshi Oiki, Shinji Saito
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 20 Pages: 3334~3348

    • DOI

      10.1039/c7cp06299k

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The critical role of dimer formation in monosaccharides binding to human serum albumin2018

    • Author(s)
      Prapasiri Pongprayoon, Toshifumi Mori
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 20 Pages: 3249~3257

    • DOI

      10.1039/c7cp06324e

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deciphering the heterogeneous dynamics of proteins from the analysis of millisecond-long molecular dynamics simulations2017

    • Author(s)
      Toshifumi MORI, Shinji SAITO
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
    • Invited
  • [Presentation] Crucial role of enzyme dynamics in the catalytic reaction mechanism of Pin12017

    • Author(s)
      Toshifumi MORI, Shinji SAITO
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] Transition path sampling法による酵素反応の遷移ダイナミクス解析2017

    • Author(s)
      森 俊文
    • Organizer
      「レア・イベントの計算科学」研究会
    • Invited
  • [Presentation] プロリン異性化酵素Pin1における酵素反応の反応ダイナミクス2017

    • Author(s)
      森 俊文, 斉藤 真司
    • Organizer
      第20回理論化学討論会

URL: 

Published: 2018-12-17  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi