Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
多くのタンパク質の分子機能は、化学反応活性部位における精緻な酵素反応が制御する大規模な構造変化によって発現するマルチスケールな現象である。本研究では、時間分解シリアルフェムト秒結晶構造解析で得られた時分割の電子密度の情報と、我々の開発してきた QM/MM RWFE-SCF 自由エネルギー最適化法や、大規模構造変化のシミュレーションを可能にする LRPF 法を組み合わせることにより、長い時間領域の構造変化の高精度なモデリングを可能にする手法の開発を行う。実験的観測と分子シミュレーションを、データ同化により密接に結びつけることにより、高い信頼性を有する原子レベルのダイナミクスの観測を可能とする。
多くのタンパク質の分子機能は、化学反応活性部位における精緻な酵素反応や光化学反応が制御する大規模な構造変化によって発現するマルチスケールな現象である。最近の X 線自由電子レーザーによる時間分解シリアルフェムト秒結晶構造解析（TR-SFX）は、このような機能発現過程の分子のダイナミクスの原子レベルから観測を可能にしている。本研究では、TR-SFX 観測で得られた時分割の電子密度の情報と我々の開発してきた高効率な QM/MM RWFE-SCF 自由エネルギー最適化法や、大規模構造変化のシミュレーションを可能にする LRPF 法を組み合わせることにより、長い時間領域の構造変化の高精度なモデリングを可能にする手法の開発を行った。本年度は以下の成果を得た。１．イクオリン発光タンパク質のカルシウムイオン結合による発光状態活性化分子機構を明らかにするために、和歌山県立医科大学の中津グループとの共同研究を行った。中津らの X 線結晶構造解析により得られたタンパク質構造を出発点とし、シミュレーション系の構築を行い、MD シミュレーションおよび QM/MM RWFE-SCF 自由エネルギー構造最適化計算を行った。その結果、酸素付加反応後の resting state において過酸化付加物がプロトン化していない状態は構造が安定でなく、プロトン取り込みによりプロトン化状態となることが分かった。また、過酸化付加基は近傍のチロシン側鎖およびヒスチジン側鎖と強い水素結合鎖を形成していることが明らかになり、それらの間のプロトン移動反応によりジオキセタノン発光状態生成反応の制御が行われていることが示唆された。２． GtACR1 の光異性化前後の塩素イオン透過の自由エネルギープロファイル変化をMD 法により計算した。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2022 2021 2020
All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results, Peer Reviewed: 4 results, Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results, Invited: 4 results)
Journal of Chemical Information and Modeling
Volume: 62 Issue: 5 Pages: 1328-1344
10.1021/acs.jcim.1c01193
Journal of Chemical Theory and Computation
Volume: 17 Issue: 2 Pages: 1194-1207
10.1021/acs.jctc.0c00889
Journal of Computational Chemistry
Volume: 42 Issue: 8 Pages: 552-563
10.1002/jcc.26481
eLife
Volume: 10 Pages: 1-21
10.7554/elife.62389
120006996980
