多量体型イオンチャネルのゲーティング原理の解明

• 研究課題/領域番号: 15H05594
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 森 貴治 国立研究開発法人理化学研究所, 杉田理論分子科学研究室, 研究員 (90402445)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 22,750千円 (直接経費: 17,500千円、間接経費: 5,250千円); 2017年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2016年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2015年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
• キーワード: 分子動力学 / 膜タンパク質 / イオンチャネル / 分子動力学計算 / 生物物理 / 蛋白質 / 生体膜 / 分子動力学シミュレーション / 分子シミュレーション

研究成果の概要

膜タンパク質は一般的に巨大な生体分子であるため、チャネルの開閉のような大きな構造変化を調べるためには通常の分子動力学計算法では難しく、効率の良い手法の開発が必要である。本研究では、1. 多次元表面張力レプリカ交換法、2. 膜環境を模倣した新規連続体近似モデル、3. クライオ電顕フィッティング計算の高速計算アルゴリズムの開発を行った。これら手法を用いて３量体型イオンチャネル P2X4 受容体のシミュレーションを行い、その開閉機構を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular dynamics simulations of biological membranes and membrane proteins using enhanced conformational sampling algorithms (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaharu Mori, Naoyuki Miyashita, Wonpil Im, Michael Feig, Yuji Sugita
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes 巻: in Press 号: 7 ページ: 1635-1651
  • DOI: 10.1016/j.bbamem.2015.12.032
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 拡張アンサンブルシミュレーションによる膜輸送体の動作原理の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森貴治
  • 学会等名: 第4回HPCI成果報告会
• [学会発表] プロトン透過が関与する膜タンパク質の動作原理の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森貴治
  • 学会等名: 第4回HPCI成果報告会
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡像フィッティングシミュレーションの新規並列計算法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森貴治、Marta Kulik、宮下治、Florence Tama、杉田有治
  • 学会等名: 第31回分子シミュレーション討論会
• [学会発表] Efficient parallel computation for flexible fitting of cryo-EM density map (2017)
  • 著者名/発表者名: Takaharu Mori, Osamu Miyashita, Yuji Sugita
  • 学会等名: Biophysical Society Thematic Meeting “Conformational Ensembles from Experimental Data and Computer Simulations”
• [学会発表] 新規連続体近似モデルを用いた膜タンパク質のシミュレーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 森貴治、杉田有治
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 膜模倣環境の膜タンパク質構造への影響を評価する新規シミュレーション法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森貴治、杉田有治
  • 学会等名: 第17回 日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Molecular mechanisms of proton transfer in the protein secretion motor SecDF (2017)
  • 著者名/発表者名: Takaharu Mori, Tomoya Tsukazaki, Yuji Sugita
  • 学会等名: IUPAB & EBSA 2017
• [学会発表] 新規Implicit membraneモデルの開発と膜タンパク質系への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森貴治、杉田有治
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] 拡張アンサンブル法の混合脂質二重膜系への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森貴治、杉田有治
  • 学会等名: 第29回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2015-11-30
• [学会発表] Multidimensional surface-tension replica-exchange molecular-dynamics simulations of biological membranes (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaharu Mori, Yuji Sugita
  • 学会等名: Supercomputational Life Science 2015
  • 発表場所: 東京大学（東京都・文京区）
  • 年月日: 2015-10-20
  • 国際学会
• [学会発表] Replica-exchange molecular-dynamics simulations of mixed lipid bilayer systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaharu Mori, Yuji Sugita
  • 学会等名: Biophysical Society Thematic Meeting “Biophysics of Proteins at Surfaces: Assembly, Activation, Signaling”
  • 発表場所: コンプルテンセ大学（スペイン・マドリッド）
  • 年月日: 2015-10-13
  • 国際学会
• [学会発表] 膜タンパク質-脂質相互作用の定量的解析法の開発と応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森貴治、杉田有治
  • 学会等名: 第53回生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2015-09-15