| 研究課題/領域番号 |
17KT0101
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 特設分野 |
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| 研究分野 |
遷移状態制御
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| 研究機関 | 日本医科大学 |
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研究代表者 |
藤崎 弘士 日本医科大学, 医学部, 教授 (60573243)
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| 研究分担者 |
楯 真一 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 教授 (20216998)
山本 典史 千葉工業大学, 工学部, 准教授 (30452163)
森次 圭 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 特任准教授 (80599506)
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| 研究期間 (年度) |
2017-07-18 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 酵素反応 / 生体分子シミュレーション / レアイベント / パスサンプリング / 反応経路 / 遷移状態 / キネティクス / 自由エネルギー障壁 / 重み付きアンサンブル法 / 生体物質の物理 |
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| 研究成果の概要 |
生体内ではDNAやタンパク質、ペプチドなどの生体分子がそれぞれ固有の機能を発揮しているが、その機能の一つである酵素反応の遷移状態付近のダイナミクスに関して重み付きアンサンブル法という、新規の分子シミュレーションの手法を使って調べた。この手法は超並列計算を使って、重みが付いた複数の粒子を走らせるものであり、酵素反応に伴う構造変化のようなレアイベントを動的にかつ効率的に計算することができる。その手法を小さなペプチドのフォールディング、PIN1酵素による基質の異性化反応、アデニル酸キナーゼの構造変化に適用し、反応経路をたどる時間スケールや遷移状態の動的な特徴づけを行うことができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
酵素反応における遷移状態付近の情報は、その反応を直接支配するので非常に重要であるが、その生起する時間は（人間のスケールでは）非常に短く、また遷移状態のエネルギーが高い場合は非常に稀におこる現象（レアイベント）となる。それを実験的にも計算的にも捉えることは難しいが、ここではパスサンプリングの手法の一つである、重み付きアンサンブル法を生体分子シミュレーションとして実装し、遷移状態付近でどのように分子の配置が動的に変化していくかを直接捉えることができた。これは生化学における重要な知見を与えるのみならず、タンパク質の構造変化やリガンド結合などのダイナミクスを計算的に理解する上でも重要な方法論たりうる。
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