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膜タンパク質の安定性を向上させるアミノ酸置換の理論的予測

Research Project

Project/Area Number 17J08471
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biophysics
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

梶原 佑太  京都大学, エネルギー科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords膜タンパク質 / Gタンパク質共役型受容体 / 安定化置換 / 自由エネルギー関数
Outline of Annual Research Achievements

昨年度では,膜蛋白質の安定性を記述するための必要最低限の物理因子について考察した。リン脂質分子の非極性鎖を構成する炭化水素基集団が膜タンパク質の「溶媒」として機能し,そのエントロピー効果が膜蛋白質の構造安定性に重要な役割を果たすであろうと提言し,膜蛋白質用の自由エネルギー関数を開発した。それを用いて,耐熱化を実現できるアミノ酸置換を予測する方法論を構築し,創薬の標的として特に重要なG蛋白質共役型受容体に対して,その構造が分かっている場合(Case 1)では,その安定化置換の予測的中率は6/7であった。
本年度では、GPCRファミリーの約8割を占めるClass Aの不活性型に対し,鍵残基とホットスポットの存在を発見した。鍵残基とは,「それを置換して得られる変異体の多くが大きく耐熱化する」残基であり,各GPCRに複数個存在する。数多くのGPCRに保存され共通に鍵残基となる残基がホットスポットである。BW数が3.39である残基がホットスポットであることを示した。特に,それをアルギニンまたはリジンに置換することによって顕著な安定化が実現できることを予測し,実際にプロスタグランジンE2タイプ4受容体とアセチルコリンM2受容体の耐熱化に成功し,それらの新しい構造決定に結び付けた。野生型と置換体の構造の両方が分かっている場合には,どちらがより安定であるかを射当てることに失敗しないと考えられる。つまり,開発した自由エネルギー関数Fは安定性の構造依存性を的確に考慮できている。しかし,裏を返せば,構造が不正確なら成功する確率が低くなりうることを示唆している。相同性が34%に達する鋳型がある場合は,安定化置換の的中率は5/7であり,あまり落ちなかったが,17%の鋳型しか見つからなかった場合では2/10にまで落ちた。今後,特に野生型の構造のモデル化法を改良することが不可欠である。

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。

Report

(1 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2017

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Hot-Spot Residues to be Mutated Common in G Protein-Coupled Receptors of Class A: Identification of Thermostabilizing Mutations Followed by Determination of Three-Dimensional Structures for Two Example Receptors.2017

    • Author(s)
      Yasuda S, Kajiwara Y, Toyoda Y, Morimoto K, Suno R, Iwata S, Kobayashi T, Murata T, Kinoshita M
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 121 Issue: 26 Pages: 6341-6350

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.7b02997

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Physical origin of stabilization by a quadruple mutations fo r the adenosine A2a receptor in the ative state2017

    • Author(s)
      Yuta Kajiwara, Satoshi Yasuda, Mitsunori Ikeguchi, Takeshi Murat a, Masahiro Kinoshita,
    • Organizer
      第 55 回 日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical Identification of Hot-Spot Residues to be Mutat ed Common in G Protein-Coupled Receptors of Class A2017

    • Author(s)
      Satoshi Yasuda, Yuta Kajiwara, Yosuke Toyoda, Kazushi Morimo to, Ryoji Suno, So Iwata, Takuya Kobayashi, Takeshi Murata, Masahiro Kinoshita,
    • Organizer
      第 55 回 日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Identification of Thermostabilizing Mutations for a G-prote in coupled receptor in the active state2017

    • Author(s)
      Simon Hikiri, Ryosuke Nakano, Nanao Suzuki, Satoshi Yasuda, Yut a Kajiwara, Masahiro Kinoshita
    • Organizer
      第 55 回 日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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