静電相互作用に基づくタンパク質－タンパク質間相互作用の理解

• Project/Area Number: 17J06377
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 杉本 悠 東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: タンパク質-タンパク質間相互作用 / 静電相互作用 / Weighted ensemble / マルコフ状態モデル / 非マルコフ解析 / Barnase / Barstar / タンパク質－タンパク質間相互作用 / 粗視化シミュレーション / ポアソン・ボルツマン方程式 / barnase / barstar

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、タンパク質－タンパク質間相互作用(PPIs)を静電相互作用に着目し、分子シミュレーションを用いてその機構を解明することである。平成30年度は昨年度から引き続き、ターゲットPPIsとして静電相互作用が結合に強く関与しているbarnase-barstarのペアを用いて研究を推進した。
2つのタンパク質の結合という長いタイムスケールの現象を追跡するために、効率的に構造空間を探索することができるweighted ensemble(WE)法を用いて計算を行った。また解離状態と結合状態を定義することで、結合速度定数を計算することもできる。そこで独立したWEを3回行い、barnase-barstarの結合速度定数を計算したところ、実験値の10分の1程度であった。これは計算時間が短く正しい値に収束していないためと考えられる。
さらに、結合経路を調べるためにWEの全データを2つの手法で解析した。まずマルコフ状態モデルによる解析を行った。この解析ではマルコフ性を満たすために、遷移行列を計算する際に大きなラグタイムを用いる必要がある。しかし大きなラグタイムを用いた場合、WEにおける重みの移動を処理する方法が存在しないため、正しい解析結果が得られなかった。次に、非マルコフ解析を行った。この解析ではマルコフ性を満たす必要がないため、小さなラグタイムを用いることができる。そこで最小のラグタイムを用いて解析を行い、結合速度定数を計算したところ、実験値とよく一致していた。さらにコミッタを計算したところ、大きなコミッタはbarnaseの結合部位上部に広く分散していた。コミッタが広く分散していることは結合部位上部のエネルギー地形が結合部位のごく近傍だけでなく、広範囲に渡り大きなすり鉢状になっていることを示唆している。静電相互作用がこの大きなすり鉢状のエネルギー地形を作り出していると予想している。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Electrochemical Study on the Extracellular Electron Transfer Pathway from <i>Shewanella</i> Strain Hac319 to Electrodes (2018)
  • Author(s): R. Takeuchi, Y. Sugimoto, Y. Kitazumi, O. Shirai, J. Ogawa, K. Kano
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 34 Issue: 10 Pages: 1177-1182
  • DOI: 10.2116/analsci.18P237
  • NAID: 130007496868
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • Year and Date: 2018-10-10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reactivation of standard [NiFe]-hydrogenase and bioelectrochemical catalysis of proton reduction and hydrogen oxidation in a mediated-electron-transfer system (2018)
  • Author(s): S. Shiraiwa, K. So, Y. Sugimoto, Y. Kitazumi, O. Shirai, K. Nishikawa, Y. Higuchi, K. Kano
  • Journal Title: Bioelectrochemistry Volume: 123 Pages: 156-161
  • DOI: 10.1016/j.bioelechem.2018.05.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oriented Adsorption and Immobilization of Redox Enzymes for Electrochemical Communication with Electrodes (2018)
  • Author(s): Yu Sugimoto, Keisei So, Hong-qi Xia, Kenji Kano
  • Journal Title: Encyclopedia of Interfacial Chemistry - Surface Science and Electrochemistry Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Presentation] タンパク質-タンパク質結合の粗視化MDシミュレーション：barnaseとbarstarを例として (2018)
  • Author(s): 杉本 悠、森脇由隆、寺田 透、清水謙多朗
  • Organizer: 第56回日本生物物理学会
• [Presentation] ヒドロゲナーゼ/シトクロームc3間電子移動における静電相互作用の役割 (2017)
  • Author(s): 杉本 悠、森脇由隆、寺田 透、加納健司、清水謙多郎
  • Organizer: 第55回日本生物物理学会