タンパク質立体構造予測プログラムの開発

• Project/Area Number: 04J03608
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Physical pharmacy
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 片桐 大輔 千葉大学, 大学院・医学薬学府, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2005: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2004: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: タンパク質立体構造予測 / 力場パラメータ / helix構造 / β-sheet構造 / 分子動力学 / シミュレーション / 量子化学計算 / 溶媒効果 / タンパク質立体構造 / 立体構造予測 / sheet / helix

Research Abstract

アミノ酸配列のみからタンパク質立体構造を高精度で予測する方法を確立した。現在は比較的小さなタンパク質である4つのタンパク質(PDB code:1J4M,1LE3,1L2Y,1VII)について、高精度で立体構造予測に成功している。1J4M、1LE3は主にβ-sheet構造から、1L2Y、1VIIは主にhelix構造から成るタンパク質である。タンパク質立体構造を構成する主要な2次構造であるhelix構造とβ-sheet構造から成るタンパク質の立体構造予測に成功した事から、他の多くのタンパク質についても高精度な立体構造予測が十分可能であると考えられる。
本研究によって開発された予測方法において、予測構造はMD simulation結果から導かれる。このMD simulationの結果は使用する力場パラメータに大きく依存するが、既存の力場パラメータにはアミノ酸の2次構造的安定性に大きな問題があり、helix構造を過剰に安定化してしまう事が明らかとなった。そのため、立体構造予測の精度向上には、力場パラメータの高精度化が必要不可欠であると考え、タンパク質立体構造予測プログラムの基本骨格を作る一方で、新規高精度力場パラメータの開発を行った。一般的なアミノ酸全20種類について、水の溶媒効果を取り入れた電荷パラメータを量子化学的手法により詳細に求め、力場パラメータを新たに開発した。その結果、タンパク質を構成するアミノ酸の力場パラメータの精度は飛躍的に改善し、過剰なhelix構造安定性は改善された。本研究により開発された高精度力場パラメータは、タンパク質立体構造予測だけではなく、MD simulationを用いるすべての生命科学の精度向上に大きく貢献するものと期待できる。