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タンパク質の圧電効果:アロステリーの新機構

研究課題

研究課題/領域番号 16K14715
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 生物物理学
研究機関早稲田大学

研究代表者

高野 光則  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40313168)

研究協力者 佐藤 昂人  
大貫 隼  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワードアロステリー / 分子機械 / 圧電応答 / 誘電応答 / アロステリック機構 / タンパク質 / 圧電効果
研究成果の概要

私たち生命は、突き詰めるとタンパク質1分子の機能とそれらタンパク質分子や生体分子間の高度に制御された相互作用ネットワークによって支えられている。私たちの運動はATP(エネルギー源となる生体分子)によって制御されたミオシンとアクチン(ともにタンパク質分子)の結合と解離による。本研究では、これらタンパク質1分子がどのように機能するか、分子間相互作用がどのように制御されるかの物理基盤に解明するため、高速コンピューターを用い、分子素子として機能するタンパク質の新規の入出力特性(圧電応答と誘電応答)を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

もしミオシンの正常に機能しなくなったり、あるいはATPによるミオシンとアクチンの結合と解離の制御がうまくいかなくなることあれば、私たちの運動機能(たとえば心臓の収縮弛緩運動)は大きなダメージを受ける。タンパク質1分子がどのように機能するか、分子間相互作用がどのように制御されるかの物理基盤が明らかになればタンパク質分子物性の基礎科学として学術的意義が大きいのみならず、それらが正常に機能しなくなったときの根本的な原因究明(原因療法)につながる可能性がある。

報告書

(4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
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 8件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 8件、 招待講演 3件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Hydrophobic Surface Enhances Electrostatic Interaction in Water2018

    • 著者名/発表者名
      Sato Takato、Sasaki Tohru、Ohnuki Jun、Umezawa Koji、Takano Mitsunori
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 121 号: 20 ページ: 206002-206002

    • DOI

      10.1103/physrevlett.121.206002

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Orchestrated Electrostatic Interactions Among Myosin, Actin, ATP, and Water2018

    • 著者名/発表者名
      Takano Mitsunori
    • 雑誌名

      The Role of Water in ATP Hydrolysis Energy Transduction by Protein Machinery

      巻: - ページ: 113-122

    • DOI

      10.1007/978-981-10-8459-1_8

    • ISBN
      9789811084584, 9789811084591
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Structural and dynamical characteristics of tropomyosin epitopes as the major allergens in shrimp2018

    • 著者名/発表者名
      Ozawa Hideo、Umezawa Koji、Takano Mitsunori、Ishizaki Shoichiro、Watabe Shugo、Ochiai Yoshihiro
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 498 号: 1 ページ: 119-124

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2018.02.172

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-range coupling between ATP-binding and lever-arm regions in myosin via dielectric allostery2017

    • 著者名/発表者名
      Sato Takato、Ohnuki Jun、Takano Mitsunori
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 147 号: 21 ページ: 215101-215101

    • DOI

      10.1063/1.5004809

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrostatic balance between global repulsion and local attraction in reentrant polymerization of actin2017

    • 著者名/発表者名
      Ohnuki Jun、Yodogawa Akira、Takano Mitsunori
    • 雑誌名

      Cytoskeleton

      巻: 74 号: 12 ページ: 504-511

    • DOI

      10.1002/cm.21391

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Over-destabilization of protein-protein interaction in Generalized Born model and utility of energy density integration cutoff2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuhara, D. Parkin, K. Umezawa, J. Ohnuki, M. Takano
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 121 号: 18 ページ: 4669-4677

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.7b01438

    • 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] Piezoelectric allostery of protein2016

    • 著者名/発表者名
      J. Ohnuki, T. Sato, M. Takano
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 94 号: 1 ページ: 012406-012406

    • DOI

      10.1103/physreve.94.012406

    • 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] Dielectric allostery of protein: Response of myosin to ATP binding2016

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, J. Ohnuki, M. Takano
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 120 号: 51 ページ: 13047-13055

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b10003

    • 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] Intrinsic disorder accelerates dissociation rather than association2016

    • 著者名/発表者名
      K. Umezawa, J. Ohnuki, J. Higo, and M. Takano
    • 雑誌名

      Proteins: Structure, Function and Bioinformatics

      巻: - 号: 8 ページ: 1489-1501

    • DOI

      10.1002/prot.25057

    • 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] Depolymerization mechanism of actin due to dielectric allostery2019

    • 著者名/発表者名
      Jun Ohnuki, Mitsunori Takano
    • 学会等名
      Biophysical Society 63rd Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 誘電アロステリ―によるアクチンを基盤とした生体運動の物理機構2019

    • 著者名/発表者名
      大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Coulombic interaction network and novel allostery in molecular machines2018

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Takano
    • 学会等名
      56th Annual Meeting of Biophysical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Piezoelectric and dielectric allostery of an actin filament and its effect on binding preference of cofilin2018

    • 著者名/発表者名
      Jun Ohnuki, Akira Yodogawa, Takato Sato, Mitsunori Takano
    • 学会等名
      56th Annual Meeting of Biophysical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coupling of the Redox and Structural States in Cytochrome P450 Reductase Studied by Molecular Dynamics Simulation2018

    • 著者名/発表者名
      Mikuru Iijima, Jun Ohnuki, Takato Sato, Masakazu Sugishima, Mitsunori Takano
    • 学会等名
      The Protein Society 32nd Annual Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子機械の圧電アロステリ―:アクチンフィラメントのメカノセンシングの物理機構2018

    • 著者名/発表者名
      大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 分子機械の誘電アロステリ―:ATP結合によるリバースジャイレースの超らせん導入の物理機構2018

    • 著者名/発表者名
      森竹亮太、佐藤昂人、高野光則
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] アクチンの荷電状態とサブユニット間静電相互作用のpH依存性2018

    • 著者名/発表者名
      山下昴、大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      第7回日本生物物理学会関東支部会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] アクチンフィラメントの圧電アロステリ―2017

    • 著者名/発表者名
      大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      第7回分子モーター討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechano-electrical communications in actin filament2017

    • 著者名/発表者名
      大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Tension-induced electrostatic change in actin: piezoelectricity of an actin filament2017

    • 著者名/発表者名
      大貫隼、淀川良、佐藤昂人、上田太郎、高野光則
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Counter-ion-induced electrostatic change in actin: the balance between global repulsion and local attraction in reentrant polymerization2017

    • 著者名/発表者名
      淀川良、大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 誘電アロステリ―による分子モーターの力発生機構2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤昂人、大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      第31回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] シトクロムP450還元酵素の誘電応答が制御する大規模構造変化と電子伝達2017

    • 著者名/発表者名
      飯島美来、佐藤昂人、森竹亮太、高野光則
    • 学会等名
      第31回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Piezoelectric Allostery of an Actin Filament2016

    • 著者名/発表者名
      J. Ohnuki, T. Sato, H. Okamura, T.Q.P. Uyeda, M. Takano
    • 学会等名
      IGER International Symposium on "Now in actin"
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2016-12-11
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Piezoelectric Allostery of Protein2016

    • 著者名/発表者名
      J. Ohnuki, T. Sato, M. Takano
    • 学会等名
      Protein Electrostatics Berlin 2016
    • 発表場所
      Berlin
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Critical Role of Cutoff Parameter to Calculate Effective Born Radii in Simulating Protein-Protein Interaction2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuhara, D. Parkin, M. Takano
    • 学会等名
      Protein Electrostatics Berlin 2016
    • 発表場所
      Berlin
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Piezoelectric property of an actin filament III2016

    • 著者名/発表者名
      大貫隼、佐藤昂人、岡村英世、上田太郎、高野光則
    • 学会等名
      日本生物物理学会第54回年会
    • 発表場所
      つくば
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] The Role of Water in ATP Hydrolysis Energy Transduction by Protein Machinery (M. Suzuki Ed.)2018

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Takano
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [図書] 分子マシンの科学2017

    • 著者名/発表者名
      日本化学会編
    • 総ページ数
      200
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      9784759813869
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-01-27  

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