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タンパク質の構造安定性と分子間相互作用に関する実験と理論による研究

研究課題

研究課題/領域番号 16K05657
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 物理化学
研究機関岡山大学

研究代表者

墨 智成  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (40345955)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードタンパク質 / 熱力学安定性 / 疎水性相互作用仮説 / 溶媒和自由エネルギー / シニョリン / 液体論 / 密度汎関数理論 / F1-ATPase / 化学-力学共役機構 / エネルギー変換効率 / SAXS / Model-potential-free解析 / 自由エネルギープロファイル / GCN4-p1 / 疎水性相互作用 / 圧力変性 / 高温変性 / 生物物理 / 蛋白質
研究成果の概要

タンパク質構造安定性は,バイオ医薬品の設計にも関係する,社会的に重要な研究課題である.これらの現象論的説明では,約60年もの間,Kauzmannによる「疎水性相互作用仮説」が,中心的役割を果たしてきた.しかしその一方で,観測事実との矛盾が数多く囁かれてきた.本研究では,本仮説の理論的検証を行うために,unfoldingに伴う自由エネルギー変化を溶媒和および分子内相互作用による寄与に分割する計算手法を開発し,モデルタンパク質シニョリンに適用した.それにより,シニョリンは分子内相互作用により安定化しており,溶媒効果はむしろunfold構造を安定化するという,本仮説とは相反する結果を得た.

研究成果の学術的意義や社会的意義

タンパク質が示す多様な物性(変性,凝集,溶解,結晶化,液-液相分離)は,基礎科学として幅広い学術分野(化学,構造生物学,医学など)から強い関心を集めているだけでなく,バイオ医薬品の設計や品質管理等の応用にも関係する,社会的に重要な研究課題である.本研究により明らかにされた、タンパク質構造安定性の分子内直接相互作用メカニズムは,これまで長年信じられてきた仮説に関し,再検討する必要性を示唆しており,この根本的理解は今後のバイオ医薬品の設計指針の確立に置いて,極めて重要な位置を占める.

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 1件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 7件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 4件、 招待講演 6件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Gottingen/Max Planck Institute, Potsdam(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Georg-August-University goettingen(Germany)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Theoretical analysis on thermodynamic stability of chignolin2019

    • 著者名/発表者名
      Tomonari Sumi and Kenichiro Koga
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 5186-5186

    • DOI

      10.1038/s41598-019-41518-1

    • NAID

      120006727117

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Is F1-ATPase a Rotary Motor with Nearly 100% Efficiency? Quantitative Analysis of Chemomechanical Coupling and Mechanical Slip2019

    • 著者名/発表者名
      Sumi Tomonari, Klumpp Stefan
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 19 号: 5 ページ: 3370-3378

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.9b01181

    • NAID

      120006840495

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Interaction potential surface between Raman scattering enhancing nanoparticles conjugated with a functional copolymer2019

    • 著者名/発表者名
      Morita Takeshi、Ogawa Yuki、Imamura Hiroshi、Ookubo Kouki、Uehara Nobuo、Sumi Tomonari
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 21 号: 31 ページ: 16889-16894

    • DOI

      10.1039/c9cp01946d

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tracing whale myoglobin evolution by resurrecting ancient proteins2018

    • 著者名/発表者名
      Isogai Yasuhiro、Imamura Hiroshi、Nakae Setsu、Sumi Tomonari、Takahashi Ken-ichi、Nakagawa Taro、Tsuneshige Antonio、Shirai Tsuyoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 16883-16883

    • DOI

      10.1038/s41598-018-34984-6

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Application of reference-modified density functional theory: Temperature and pressure dependences of solvation free energy2017

    • 著者名/発表者名
      Sumi Tomonari、Maruyama Yutaka、Mitsutake Ayori、Mochizuki Kenji、Koga Kenichiro
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 39 号: 4 ページ: 202-217

    • DOI

      10.1002/jcc.25101

    • NAID

      120006733913

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Myosin V: Chemomechanical-coupling ratchet with load-induced mechanical slip2017

    • 著者名/発表者名
      Sumi Tomonari
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 13489-13489

    • DOI

      10.1038/s41598-017-13661-0

    • 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] Numerical calculation on a two-step subdiffusion behavior of lateral protein movement in plasma membranes2017

    • 著者名/発表者名
      Sumi Tomonari、Okumoto Atsushi、Goto Hitoshi、Sekino Hideo
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 96 号: 4 ページ: 042410-042410

    • DOI

      10.1103/physreve.96.042410

    • NAID

      120006733908

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of co-non-solvency on hydrophobic molecules driven by excluded volume effect2017

    • 著者名/発表者名
      Mochizuki Kenji、Sumi Tomonari、Koga Kenichiro
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 19 号: 35 ページ: 23915-23918

    • DOI

      10.1039/c7cp04152g

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design principles governing chemomechanical coupling of kinesin2017

    • 著者名/発表者名
      Sumi Tomonari
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-017-01328-9

    • 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] Model-Potential-Free Determination of the Interaction Potential between Biological Sensing Nanoparticles2017

    • 著者名/発表者名
      T. Morita, N. Uehara, H. Imamura and T. Sumi
    • 雑誌名

      Photon Factory Highlights 2016

      巻: 1 ページ: 38-39

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A reference-modified density functional theory: An application to solvation free-energy calculations for a Lennard-Jones solution2016

    • 著者名/発表者名
      T. Sumi, Y. Maruyama, A. Mitsutake, K. Koga
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 144 号: 22 ページ: 224104-224104

    • DOI

      10.1063/1.4953191

    • NAID

      120006733911

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Interaction Potential between Biological Sensing Nanoparticles Determined by Combining Small-Angle X-ray Scattering and Model-Potential-Free Liquid Theory2016

    • 著者名/発表者名
      T. Morita, N. Uehara, K. Kuwahata, H. Imamura, T. Shimada, K. Ookubo, M. Fujita, T. Sumi
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 120 号: 44 ページ: 25564-25571

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.6b06487

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Liquid-liquid phase separation of N-isopropylpropionamide aqueous solutions above the lower critical solution temperature2016

    • 著者名/発表者名
      K. Mochizuki, T. Sumi, and K. Koga
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 6 号: 1 ページ: 24657-24657

    • DOI

      10.1038/srep24657

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Driving forces for the pressure-induced aggregation of poly(N-isopropylacrylamide) in water2016

    • 著者名/発表者名
      K. Mochizuki, T. Sumi, K. Koga
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 18 号: 6 ページ: 4697-4703

    • DOI

      10.1039/c5cp07674a

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Mean-Field Approximation to the Hydrophobic Hydration in the Liquid-Vapor Interface of Water2016

    • 著者名/発表者名
      K. Abe, T. Sumi, and K. Koga
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 120 号: 8 ページ: 2012-2019

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b10169

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hydrophobic Polymer Chain in Water That Undergoes a Coil-to-Globule Transition Near Room Temperature2016

    • 著者名/発表者名
      I. Hatano, K. Mochizuki, T. Sumi, K. Koga
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 120 号: 47 ページ: 12127-12134

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b08347

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] タンパク質の熱力学的安定性と溶媒効果2019

    • 著者名/発表者名
      墨智成,甲賀研一郎
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季大会 特別企画 分子を集める・分子を数える 「分子統計化学」を駆使したソフトマテリアル・溶液の機能構築
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質の熱力学的安定性と溶媒効果2019

    • 著者名/発表者名
      墨智成,甲賀研一郎
    • 学会等名
      応用物理学会 M&BE 研究会「繋がり広がり深まる有機分子・バイオエレクトロニクス研究」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Is F1-ATPase an ideal rotary molecular motor with nearly 100% efficiency?2019

    • 著者名/発表者名
      T. Sumi and S. Klumpp
    • 学会等名
      The 13th Mini-Symposium on Liquids MSL2018
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] タンパク質折り畳みのエネルギー論と溶媒効果2019

    • 著者名/発表者名
      墨智成,甲賀研一郎
    • 学会等名
      計算生命科学研究会 ~多体問題から生命システムへ~
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質折り畳みのエネルギー論2019

    • 著者名/発表者名
      墨智成,甲賀研一郎
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質の熱力学的安定性における主要因2019

    • 著者名/発表者名
      墨智成,甲賀研一郎
    • 学会等名
      第13回分子科学討論会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質構造安定性のエネルギー論2019

    • 著者名/発表者名
      墨智成,甲賀研一郎
    • 学会等名
      分子シミュレーション討論会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical analysis on free energy profile for protein folding2018

    • 著者名/発表者名
      T. Sumi and K. Koga
    • 学会等名
      The 12th Mini-Symposium on Liquids MSL2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical analysis of free energy profile for folding of chignolin2018

    • 著者名/発表者名
      T. Sumi and K. Koga
    • 学会等名
      The 56th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Tracing evolution of aquatic mammal myoglobin: the two adaptation mechanisms2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Isogai, H. Imamura, S. Nakae, T. Sumi, K. Takahashi, T. Nakagawa, A. Tsuneshige and T. Shirai
    • 学会等名
      The 56th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] アミン基の異なる高分子を複合化した金ナノ粒子の凝集/分散特性2018

    • 著者名/発表者名
      小川祐季,上原伸夫,墨智成,森田剛
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ミオシンVの化学 力学状態遷移ネットワーク2017

    • 著者名/発表者名
      墨智成
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 疎水性高分子鎖のコイル グロビュール転移における水の役割2017

    • 著者名/発表者名
      甲賀研一郎, 波多野至, 望月建爾, 墨智成
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Chemomechanical network modeling of myosin V2017

    • 著者名/発表者名
      Tomonari Sumi
    • 学会等名
      The 55th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of reference-modified density functional theory to improve the prediction of solvation free energy2017

    • 著者名/発表者名
      Tomonari Sumi
    • 学会等名
      The 11th Mini-Symposium on Liquids MSL2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 確率的モデリングによるミオシンVの化学-力学共役機構の研究2017

    • 著者名/発表者名
      墨 智成
    • 学会等名
      植物細胞骨格研究会 Plant Cytoskeleton 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical analysis of a two-step relaxation on protein diffusion in the plasma membranes2016

    • 著者名/発表者名
      T Sumi, A Okumoto, H Goto, H Sekino
    • 学会等名
      The 54th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 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] Tracing evolution of whale myoglobin by resurrecting ancient proteins2016

    • 著者名/発表者名
      Y Isogai, H Imamura, S Nakae, K Takahashi, T Sumi, T Nakagawa, A Tsuneshige, T Shirai
    • 学会等名
      The 54th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 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] 小角X線散乱による構造因子と液体の統計力学を利用した粒子間二体分布関数の解析: Nelder-Mead法を用いたモデルポテンシャルフリーな計算手法2016

    • 著者名/発表者名
      澤住 亮佑,天野 健一,墨 智成,今村 比呂志,深見 一弘,西 直哉,作花 哲夫
    • 学会等名
      第52回X線分析討論会
    • 発表場所
      筑波大学
    • 年月日
      2016-10-26
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 膜貫通タンパク質の細胞膜上二次元拡散における仮想格子による二段階緩和2016

    • 著者名/発表者名
      納本淳, 墨智成, 関野秀男, 後藤仁志
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2016秋季年会
    • 発表場所
      島根大学
    • 年月日
      2016-10-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 小角X線散乱によるコロイド粒子の二体分布関数の解析: モデルポテンシャルフリー法の評価と改良2016

    • 著者名/発表者名
      澤住 亮佑,天野 健一,墨 智成,今村 比呂志,深見 一弘,西 直哉,作花 哲夫
    • 学会等名
      第67回コロイドおよび界面化学会
    • 発表場所
      北海道教育大学旭川校
    • 年月日
      2016-09-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Effect of Polymers in Nanoparticle Dispersion on Interparticle Potential2016

    • 著者名/発表者名
      M Harada, T Munekata, T Matsunag, N Kumano, M Ishii, H Nakamura, T Sumi
    • 学会等名
      4th International Soft Matter Conference
    • 発表場所
      Grenoble, France
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 確率的モデリングによる分子モーターキネシンの化学-力学共役機構の研究2016

    • 著者名/発表者名
      墨智成
    • 学会等名
      研究会「分子を使った寄せ木細工」 ~自己組織化したソフトマテリアルが織りなす「かたち」と機能
    • 発表場所
      島根大学
    • 年月日
      2016-05-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical study of a two-step relaxation on protein diffusion in a plasma membrane2016

    • 著者名/発表者名
      T Sumi, A Okumoto, H Goto, H Sekino
    • 学会等名
      The 10th Mini-Symposium on Liquids (MSL2016)
    • 発表場所
      Okayama University
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] 60年間支持されてきたタンパク質構造安定性理論の検証への挑戦

    • URL

      http://chem.okayama-u.ac.jp/feature/read/proteinstability.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] モータータンパク質「F1回転分子モーター」のエネルギー変換効率を実証

    • URL

      http://chem.okayama-u.ac.jp/feature/read/f1_efficiency.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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