研究課題/領域番号 |
19K05389
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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研究機関 | 前橋工科大学 |
研究代表者 |
優 乙石 前橋工科大学, 工学部, 准教授 (90402544)
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研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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キーワード | ATP / 蛋白質間相互作用 / 分子動力学 / 分子混雑 / 細胞環境 |
研究開始時の研究の概要 |
ATPはエネルギーの放出・貯蔵の基本単位として普遍的な役割を担っている。しかし近年、ATPが様々な蛋白質に非特異的に結合し、可溶性や凝集を制御している可能性が示され、細胞内におけるハイドロトロープ(Hydrotrope: 可溶化剤)としての役割が新たに注目されている。これは蛋白質水溶液の液-液相分離や熱変性など巨視的観測によって示されているが、分子レベルの作用機構については不明である。本研究は、ATPの非特異的相互作用が蛋白質動態に及ぼす影響を、①全原子モデルを用いた分子動力学法による細胞環境シミュレーションと、②液体の統計力学を組み合わせ、微視的かつ物理化学的に解明する。
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研究実績の概要 |
近年、細胞内に多量に存在するATP(アデノシン三リン酸)が様々な蛋白質に非特異的に結合し、凝集や液液相分離構造(LLPS)の形成を制御している可能性が示された(A. Patel and L. Malinovska, Science, 753 (2017))。これは蛋白質水溶液の巨視的な観測によって示されているが、ATPが蛋白質のいかなる部位に作用し、どの程度蛋白質間相互作用を改変しうるのかといった、分子レベルの作用機構については不明な点が多い。本研究は、ATPやその他のヌクレオチド三リン酸を中心とした細胞内メタボライトやイオンの非特異的相互作用が蛋白質動態に及ぼす影響を、全原子モデルを用いた分子動力学(Molecular Dynamics: MD)法による細胞環境シミュレーションによって微視的に解明する。 本年度は、主に①蛋白質1分子のMDシミュレーションを様々な溶液条件で実行し、立体構造に与えるATPの添加効果を調査した。また、②細胞質内の代謝物(ATPやイオンなどの低分子)が蛋白質凝集に与える影響を調査するために、タンパク質約30分子を含むバクテリア細胞質の大規模MDシミュレーションを追加実行した。具体的な成果については後述する。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度実施した課題①については、ATPが蛋白質の天然構造を安定化する効果がどのようなシミュレーション条件(力場や水分子モデル)で再現されるかが明らかになった。 ②については、追加シミュレーションが完了し、十分な統計的精度を持って代謝物の効果を調査し得るトラジェクトリが得られた。この他、細胞混雑環境シミュレーションのデータ解析プログラムに関する論文が投稿準備段階にあり、論文中で蛋白質凝集やATPの振る舞いについて述べている。
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今後の研究の推進方策 |
最終年度であり、現在までのシミュレーション結果を論文として発表する事を優先する。前年度実施したFUS-LC(FUS(Fused in sarcoma)の低複雑性領域)の調査については、複数の分子から構成される混雑系のシミュレーションを様々な条件で実施中であり、必要に応じて計算時間を延長する。
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