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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 AreaMultifaceted Proteins: Expanding and Transformative Protein World
Project/Area Number 21H05728
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionKeio 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 Completed (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の分子動力学シミュレーションを行い,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的としている.
本年度は,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(FUSやG3BP1,TDP-43など)とRNA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った.形成された非膜生構造体内部の密度分布,分子の拡散性,分子間相互作用,構造体の形状などを解析した.タンパク質のみで非膜性構造体を形成するものと,タンパク質のみでは非膜性構造体が形成されずRNA-タンパク質相互作用が非膜性構造体の形成において重要なものを比較することで,タンパク質の種類によって非膜性構造体内部の分子分布が異なることがわかった.タンパク質の種類の違い,構造ドメインや天然変性領域の有無のシミュレーションもいくつか行うことで,構造ドメインと天然変性領域が非膜性構造体の形成メカニズムや非膜性構造体内部の物性に与える影響を分子レベルで明らかにした.

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Copenhagen(デンマーク)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] National Institutes of Health(米国)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] University of Potsdam(ドイツ)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] アメリカ国立衛生研究所(米国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] コペンハーゲン大学(デンマーク)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Protein behavior depends on their conformation in viscoelastic droplet2023

    • Author(s)
      Fuga Watanabe, Eiji Yamamoto
    • Organizer
      67th Biophysical Society Annual Meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fluctuating diffusivity of intrinsically disordered proteins2023

    • Author(s)
      Eiji Yamamoto, Fuga Watanabe, Robert B Best, Takuma Akimoto, Kresten Lindorff-Larsen, Ralf Metzler
    • Organizer
      67th Biophysical Society Annual Meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Conformational fluctuations of proteins affect their instantaneous diffusivity2022

    • Author(s)
      Eiji Yamamoto
    • Organizer
      The 3rd Workshop on Stochasticity and Fluctuations in Small Systems
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Multifaceted view of protein diffusion2022

    • Author(s)
      Eiji Yamamoto
    • Organizer
      第60回生物物理学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子動力学シミュレーションによる生体分子挙動の解明2022

    • Author(s)
      山本詠士
    • Organizer
      第42回計算数理工学フォーラム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2021-10-22   Modified: 2023-12-25  

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