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分子シミュレーションで探るヘテロ2量体ABCトランスポーターの非対称ダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 15K00400
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 生命・健康・医療情報学
研究機関東京工業大学

研究代表者

古田 忠臣  東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (10431834)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードABCトランスポーター / ATP / 基質 / 輸送 / 変異 / 構造機能相関 / 疎水性クラスター / 分子シミュレーション / CFTR / ホモ・ヘテロ / 構造ダイナミクス
研究成果の概要

ABCトランスポーターは、ATPのエネルギーを用いて膜を介して様々な基質を輸送する膜タンパク質の大きなスーパーファミリーを構成する。本研究では、分子シミュレーションを用いて、ATPや基質の結合により誘導されるABCトランスポーターTM287/288およびCFTRの非対称ダイナミクスの解析を行った。TM287/288において基質結合がアロステリックなドメイン間コミュニケーションを誘導することおよびCFTRの最頻変異がドメイン界面の疎水性クラスターの崩壊を引き起こし機能不全をもたらすことが明らかとなった。これらの知見は、ABCトランスポーターの構造機能相関に重要な洞察を与えるであろう。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ABCトランスポーターおよびその変異は、多剤耐性や様々な疾患に関連している。本研究で得られたABCトランスポーターの構造ダイナミクスに関する重要な知見は、今後の創薬において揺らぎといった観点からも大変有益であると思われる。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Development of an ATP force field for coarse‐grained simulation of ATPases and its application to the maltose transporter2019

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Hirano, Tsubasa Yabuchi, Minoru Sakurai, Tadaomi Furuta
    • 雑誌名

      J. Comput. Chem.

      巻: - 号: 24 ページ: 2096-2102

    • DOI

      10.1002/jcc.25861

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The mechanism of nucleotide‐binding domain dimerization in the intact maltose transporter as studied by all‐atom molecular dynamics simulations2018

    • 著者名/発表者名
      Wei‐Lin Hsu Tadaomi Furuta Minoru Sakurai
    • 雑誌名

      Proteins

      巻: 86 号: 2 ページ: 237-247

    • DOI

      10.1002/prot.25433

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulation study on the structural instability of the most common cystic fibrosis-associated mutant ΔF508-CFTR2018

    • 著者名/発表者名
      Mitsuhiko Odera, Tadaomi Furuta, Yoshiro Sohma, Minoru Sakurai
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 15 号: 0 ページ: 33-44

    • DOI

      10.2142/biophysico.15.0_33

    • NAID

      130006337976

    • ISSN
      2189-4779
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Probing native metal ion association sites through quenching of fluorophores in the nucleotide-binding domains of the ABC transporter MsbA2017

    • 著者名/発表者名
      Daiki Tatsumi, Kei Nanatani, Yuto Koike, Kiyoto Kamagata, Satoshi Takahashi, Ayumu Konno, Tadaomi Furuta, Minoru Sakurai, Nobuyuki Uozumi
    • 雑誌名

      Biochem. J.

      巻: 474 号: 12 ページ: 1993-2007

    • DOI

      10.1042/bcj20161051

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of an ATP-induced conformational transition of ABC transporter MsbA using a coarse-grained model2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Arai, Tadaomi Furuta, Minoru Sakurai
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 14 号: 0 ページ: 161-171

    • DOI

      10.2142/biophysico.14.0_161

    • NAID

      130006243558

    • ISSN
      2189-4779
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ATP Hydrolysis Mechanism in a Maltose Transporter Explored by QM/MM Metadynamics Simulation2016

    • 著者名/発表者名
      W.-L. Hsu, T. Furuta, and M. Sakurai
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 120 号: 43 ページ: 11102-11112

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b07332

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural Dynamics of the Heterodimeric ABC Transporter TM287/ 288 Induced by ATP and Substrate Binding2016

    • 著者名/発表者名
      T. Furuta, Y. Sato, M. Sakurai
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 55 号: 48 ページ: 6730-6738

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.6b00947

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal fluctuations enable rapid protein-protein associations inaqueous solution by lowering the reaction barrier2016

    • 著者名/発表者名
      Honami Sakaizawa, Hiroshi C. Watanabe, Tadaomi Furuta, Minoru Sakurai
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lett.

      巻: 643 ページ: 114-118

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2015.11.014

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 実験とシミュレーションを用いたABCトランスポーターによる物質輸送の機構解明2016

    • 著者名/発表者名
      古田忠臣、山口知宏、加藤博章、櫻井実
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 56 号: 1 ページ: 005-008

    • DOI

      10.2142/biophys.56.005

    • NAID

      130005121652

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of the free energy landscapes for the opening-closing dynamics of the maltose transporter ATPase MalK2 using enhanced-sampling molecular dynamics simulation2015

    • 著者名/発表者名
      Wei-Lin Hsu, Tadaomi Furuta, Minoru Sakurai
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 119 号: 30 ページ: 9717-9725

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b05432

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Development of an ATP force field for coarse-grained simulation of ATPases and its application to the maltose transporter2019

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Hirano, Tsubasa Yabuchi, Minoru Sakurai, Tadaomi Furuta
    • 学会等名
      The 63rd Annual Meeting of the Biophysical Society
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 粗視化MDシミュレーションを用いたATP結合により誘起されるマルトーストランスポーターの構造変化の解析2018

    • 著者名/発表者名
      平野諒輔, 古田忠臣, 櫻井実
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ABCトランスポーターにおけるヌクレオチドドメイン2量体化の駆動力に関する計算化学的解析2018

    • 著者名/発表者名
      境澤穂波, 許維麟, 古田忠臣, 櫻井実
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ABCトランスポーターCFTRの構造変化及び基質輸送機構の計算化学的解析2018

    • 著者名/発表者名
      千葉一輝, 古田忠臣, 櫻井実
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] MDシミュレーションを用いたグルコーストランスポーター8(GLUT8)の膜貫通ヘリックス7(TM7)に関する解析2018

    • 著者名/発表者名
      中田康太, 古田忠臣, 櫻井実
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 転写制御因子LmrRおよびQacRにおける多剤認識メカニズムに関する分子シミュレーション研究2018

    • 著者名/発表者名
      クライヤー篠塚一穂, 古田忠臣, 櫻井実
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Structural and Functional dynamics of ABC transporters explored by molecular simulations2018

    • 著者名/発表者名
      Tadaomi Furuta
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Martini 力場を用いた粗視化シミュレーションによるCl-チャネルCFTRのダイナミクスの解析2017

    • 著者名/発表者名
      矢渕翼, 南條舜, 古田忠臣, 櫻井実
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 親水性タンパク質ータンパク質間会合の駆動力に関するMD及び3D-RISM計算2017

    • 著者名/発表者名
      境澤穂波, 古田忠臣, 櫻井実
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Molecular dynamics investigation of the full maltose transporter with and without the maltose binding protein MalE2016

    • 著者名/発表者名
      許維麟、古田忠臣、櫻井実
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2016-11-26
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 多剤認識転写因子LmrRにおける薬剤分子認識機構の計算化学的解析2016

    • 著者名/発表者名
      クライヤー篠塚一帆、古田忠臣、櫻井実
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2016-11-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] MDシミュレーションによるCFTRチャネルの基質輸送機構及び変異による影響の解析2016

    • 著者名/発表者名
      古田忠臣、南條舜、相馬義朗、櫻井実
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-06-08
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] QM/MM Metadynamicsで探るマルトーストランスポーターのATP加水分解メカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      許維麟、古田忠臣、櫻井実
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-06-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 多剤認識転写因子LmrRにおける薬剤分子認識機構の計算化学的解析2016

    • 著者名/発表者名
      クライヤー篠塚一帆、古田忠臣、櫻井実
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-06-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 分子シミュレーションで探るABCトランスポーターの機能的ダイナミクス2016

    • 著者名/発表者名
      古田忠臣
    • 学会等名
      大阪大学蛋白質研究所セミナー「膜タンパク質の構造ダイナミクス」
    • 発表場所
      大阪大学蛋白質研究所(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2016-05-12
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Free energy calculation for the ATP-induced dimerization of the nucleotide-binding domains in a maltose transporter: Importance of the water-mediated entropic force2015

    • 著者名/発表者名
      Tomohiko Hayashi, Shuntaro Chiba, Tadaomi Furuta, Minoru Sakurai
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, U.S.A.(ホノルル)
    • 年月日
      2015-12-17
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 3D-RISM study of water-meditated forces between the nucleotide binding domains responsible for the power stroke in an ABC transporter2015

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Furukawa-Hagiya, Norio Yoshida, Shuntaro Chiba, Tomohiko Hayashi, Tadaomi Furuta, Minoru Sakurai
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, U.S.A.(ホノルル)
    • 年月日
      2015-12-17
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural and functional roles of coupling helices in ABC transporter MsbA: Experimental and computational studies2015

    • 著者名/発表者名
      Tadaomi Furuta, Tomohiro Yamaguchi, Hiroaki Kato, Minoru Sakurai
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, U.S.A.(ホノルル)
    • 年月日
      2015-12-17
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of the free energy landscape for the open-close dynamics of maltose transporter ATPase, MalK, using enhanced sampling MD simulation2015

    • 著者名/発表者名
      Wei-Lin Hsu, Tadaomi Furuta, Minoru Sakurai
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, U.S.A.(ホノルル)
    • 年月日
      2015-12-17
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 熱ゆらぎと水和効果に着目したABCトランスポーターのNBD二量体化過程の統計熱力学的解析2015

    • 著者名/発表者名
      境澤穂波、渡邉宙志、古田忠臣、櫻井実
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス自然科学本館(金沢市)
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Analysis of the Free Energy Landscapes for the Open-Closing Dynamics of MalK2 Using Enhanced Sampling MD Simulation2015

    • 著者名/発表者名
      許維麟, 古田忠臣, 櫻井実
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス自然科学本館(金沢市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱ゆらぎと水和効果に着目したABCトランスポーターのNBD二量体化過程の統計熱力学的解析2015

    • 著者名/発表者名
      境澤穂波, 渡邉宙志, 古田忠臣, 櫻井実
    • 学会等名
      第15回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      あわぎんホール(徳島市)
    • 年月日
      2015-06-25
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [図書] The Role of Water in ATP Hydrolysis Energy Transduction by Protein Machinery2018

    • 著者名/発表者名
      Tadaomi Furuta, Minoru Sakurai
    • 総ページ数
      353
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9789811084591
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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