非膜性構造体における蛋白質の機能性構造ドメインと天然変性領域の協同的役割

Publicly Offered Research

Project Area	Multifaceted Proteins: Expanding and Transformative Protein World
Project/Area Number	21H05728
Research Category	Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Transformative Research Areas, Section (III)
Research Institution	Keio University
Principal Investigator	山本詠士慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (00779340)
Project Period (FY)	2021-09-10 – 2023-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000) Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000) Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Keywords	非膜性構造体 / 天然変性タンパク質 / 分子動力学シミュレーション
Outline of Research at the Start	近年，細胞内の液－液相分離現象によって，RNAと天然変性タンパク質が膜を有さない構造体（非膜性構造体）を形成することが明らかになってきている．非膜性構造体を形成する天然変性タンパク質は，構造ドメインと柔軟に構造が変化する天然変性領域を持つものが多いことが知られているが，それらの分子間相互作用や挙動は不明である．本研究では，分子動力学シミュレーションにより，非膜性構造体内部でのタンパク質とRNAの分子間相互作用および挙動を解析し，天然変性タンパク質が有する構造ドメインおよび天然変性領域が果たす協同的役割について研究する．
Outline of Annual Research Achievements	細胞内の液－液相分離現象によって，RNAや天然変性タンパク質が膜を有さない構造体（非膜性構造体）を形成する．非膜性構造体を形成する天然変性タンパク質は，立体構造が安定している構造ドメインと柔軟に構造が変化する天然変性領域を持つものが多いことが知られているが，そういった構造的な特徴が非膜性構造体形成において果たす役割については，不明な点が多い．本研究では非膜性構造体内部におけるタンパク質の相互作用およびダイナミクスを分子レベルで解明すること目指し，非膜性構造体の分子動力学シミュレーションを行った．本年度は，幾つかの天然変性タンパク質について粗視化モデルを用いた分子動力学シミュレーションを行い，粗視化モデルの分子間相互作用の調整と妥当性を実験値と比較しつつ検証した．タンパク質1分子の計算では，慣性半径が実験値と良い一致を示すようパラメータを調整した．また，神経変性や神経機能障害に関係するFUSタンパク質の低複雑性ドメイン1,000分子で形成される非膜性構造体の粗視化分子動力学ミューレーションを行い，非膜性構造体内部の分子密度が実験結果と良い一致を示すことがわかった．非膜性構造体内部におけるタンパク質の分子間相互作用や拡散挙動について解析した．タンパク質の時系列データから，平均二乗変位，拡散係数のゆらぎ，プロパゲータなどの拡散性を特徴付ける統計量を用いて解析し，粘弾性の効果に加え，タンパク質の拡散係数が顕著なゆらぎを示す異常拡散をすることがわかった．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 今年度計画していた研究項目について研究を実施し，概ね順調に進展している．当初の予定通り粗視化モデルの調整・検証および低複雑性ドメインのみで形成される非膜性構造体の分子動力学シミュレーションを行い，顆粒内部での分子挙動を解析できた．
Strategy for Future Research Activity	今後は天然変性領域および構造ドメイン領域を含むタンパク質により形成される非膜生構造体の粗視化分子動力学シミュレーションを行い，構造ドメインおよび天然変性領域の分子挙動について解析する．