蛋白質の運動と連動する水和水のコヒーレントな集団運動の探索

• 研究課題/領域番号: 20050030
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 中迫 雅由 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30227764)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円); 2009年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2008年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
• キーワード: タンパク質水和構造 / 分子動力学計算 / X線構造解析 / ドメイン運動 / データベース解析 / 蛋白質水和 / 蛋白質結晶学 / 酵素容蛋白質 / 水和場 / 水分子ダイナミクス / 計算科学 / 基質結合

研究概要

蛋白質運動に不可欠な水分子集団移動の有無やその容態を分子動力学計算トラジェクトリから検討する計算コードを開発した。グルタミン酸脱水素酵素の1ナノ秒トラジェクトリにおいて見出された複数のドメイン開閉運動時間領域に対して適用した結果、ドメイン運動に連動しながら、活性クレフト内に存在する水分子のコヒーレントな集団運動が発生することが明らかになった。今後、このような現象を実験的に明らかにする方法を検討中である。
蛋白質立体構造データバンクの中ではあまり利用されていなかった蛋白質周辺での水和水分布について、その構造情報を抽出し、蛋白質表面の11種類の親水性アミノ酸残基に含まれる酸素、窒素原子周辺での経験的水和水確率分布関数を得た。また、その分布関数を用いて、蛋白質の水和構造予測を可能とする計算コードを開発し、その適用可能性を複数の蛋白質について調べた。経験的水和水確率分布関数は、結晶構造解析における構造精密化の際にも参照データを与えるので、構造精密化した蛋白質の水和構造モデルの検定方法も考案した。
ドメイン運動に伴う水和構造変化、蛋白質会合での水和の役割などを詳細に解析するために、X線構造解析を試み、機能発現時に予想される構造・水和構造変化の可視化を目指している。昨年度作出したグルタミン酸脱水素酵素の補酵素結合型結晶、チバクロン青色素分子結合のX線回折強度データ収集を実施した。補酵素結合型結晶は分解能の向上が必要であり、また色素結合型では、色素の占有率がモデル構築を可能とするレベルではなかった。蛋白質ジスルフィド結合異性化酵素の酸化還元に伴う構造及び溶媒和の変化をX線小角散乱と核磁気共鳴を組み合わせた実験で明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Probability distributions of hydration water molecules around polar protein atoms obtained by a database analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Matsuoka, Masayoshi Nakasako
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shuctural basis for inverting the enantioselectivity of arylmalonate decarboxylase revealed by the structural analysis of the Gly74Cys/Cys188Sermutant in the liganded form (2010)
  • 著者名/発表者名: Rika Obata, Masayoshi Nakasako
  • 雑誌名: Biochemistry 49 ページ: 1963-1969
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox-dependent domain rearrangement of protein disulfide isomerase coupled with exposure of its substrate-binding hydrophobic surface (2010)
  • 著者名/発表者名: O.Serve, Y..Kamiya, A.Maeno, M.Nakano, C.Murakami, H.Sasakawa, Y.Yamaguchi, T.Harada, E.Kurimoto, M.Yagi-Utsumi, T.Iguchi, K.Inaba, J.Kikuchi, O.Asami, T.Kajino, T.Oka, M.Nakasako, K.Kato
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 396 ページ: 361-374
  • 査読あり
• [雑誌論文] Probability distributions of hydration water molecules around polar protein atoms obtained by a database analysis (2009)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Matsuoka, Masayoshi Nakasako
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 113 ページ: 11274-11292
  • 査読あり
• [雑誌論文] タンパク質内部運動に伴う水和構造変化を探る (2009)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 51 ページ: 37-39
  • NAID: 10024820285
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of LOV1-dimerization of Arabidopsis phototronin 1 and 2 (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nakasako, et.al.
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 381 ページ: 718-733
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray diffraction experiments of arylma lonate decarboxvlase from Alcalieenes bronchisenticus (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nakasako, et.al.
  • 雑誌名: Acta Crystallozraphica F64 ページ: 610-613
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray diffraction experiments of LOV1 domains of phototronin 1 and 2 from Arabidovsis thaliana (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nakasako, et.al.
  • 雑誌名: Acta Crvstallozravhica F64 ページ: 617-621
  • 査読あり
• [雑誌論文] タンパク質の水和構造を探る (2008)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 雑誌名: Molecular Science Journal 2
  • NAID: 130002126190
  • 査読あり
• [雑誌論文] 非弾性散乱の生物への応用について (2008)
  • 著者名/発表者名: 城地保昌、中迫雅由、難波啓一
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 50 ページ: 78-82
  • NAID: 10021085479
  • 査読あり
• [学会発表] Empirical distribution function of hydration water molecules around polarprotein atoms and the application to predict hydration structures of proteins(招待講演) (2010)
  • 著者名/発表者名: D.Matsuoka, M.Nakasako
  • 学会等名: 中性子構造生物研究会
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センター
  • 年月日: 2010-01-27
• [学会発表] 蛋白質結晶湿度制御装置の開発と応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴、中迫雅由
  • 学会等名: 日本結晶学会2009年年会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2009-12-06
• [学会発表] サブゼロ温度領域におけるX線回折実験装置の開発と応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 稲垣敏幸、中迫雅由
  • 学会等名: 日本結晶学会2009年年会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2009-12-06
• [学会発表] Prediction of Hydration Structures around polar protein atoms through adata-base analysis (2009)
  • 著者名/発表者名: D.Matsuoka, M.Nakasako
  • 学会等名: 日本生物物理学会第47回年会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2009-11-30
• [学会発表] 蛋白質の運動と連動する水和水のコヒーレントな集団運動の探索 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由、松岳大輔
  • 学会等名: 特定領域研究「高次系分子科学」班会議
  • 発表場所: 大分・別府ロイヤルホテル
  • 年月日: 2009-11-28
• [学会発表] 蛋白質の水和構造研究のこれから(招待講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 学会等名: 理研シンポジウム動的水和構造と分子過程III
  • 発表場所: 理化学研究所・播磨研
  • 年月日: 2009-11-25
• [学会発表] データベース解析に基づく蛋白質の水和構造予測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 松岳大輔、中迫雅由
  • 学会等名: 第3回分子科学討論会2009名古屋
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2009-09-23
• [学会発表] 蛋白質の水和構造(招待講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 学会等名: 第58回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2009-09-16
• [学会発表] 蛋白質の水和構造(招待講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 学会等名: 水和ナノ構造研究会
  • 発表場所: 大津港
  • 年月日: 2009-09-07
• [学会発表] X線自由電子レーザーを用いた細胞空間階層構造イメージングの可能性(招待講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 学会等名: 理研シンポジウム第2回「先進ものづくり技術によるアナライザーキーコンポーネント開発基盤の構築状況」
  • 発表場所: 理化学研究所・基幹研
  • 年月日: 2009-08-07
• [学会発表] 細胞内空間階層構造のコヒーレントイメージング(招待講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 学会等名: ERLサイエンスワークショップ
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構
  • 年月日: 2009-07-10
• [学会発表] データベース解析に基づく蛋白質の水和構造予測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 松岳大輔、中迫雅由
  • 学会等名: 第9回日本蛋白質科学会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2009-06-20
• [学会発表] Investigation of the collective movements of hydration water clusters around proteins at work (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Nakasako, M.Ikeguchi
  • 学会等名: International Symposium on "Molecular Science for Supra Functional Systems"
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2009-06-05
• [学会発表] Prediction of hydration structures on hydrophilic surface of proteins through the data base analysis (2009)
  • 著者名/発表者名: D.Matsuoka, M.Nakasako
  • 学会等名: International Symposium on "Molecular Science for Supra Functional Systems"
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2009-06-05
• [学会発表] Structural and infornlatics studies on plant blue-light receptor phototropin 1 and 2 (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Nakasako, Y.Takayama, A.Iwata, K.Zikihara, K.Okajima, D.Matsuoka, H.Katsura, S.Tokutomi
  • 学会等名: International Symposium on "Molecular Science for Supra Functional Systems"
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2009-06-05
• [学会発表] Cryogenic X-ray protein crystallography under 220-290K (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Inagaki, M.Nakasako
  • 学会等名: International Symposium on "Molecular Science for Supra Functional Systems"
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2009-06-05
• [学会発表] Protein crystallography for humidity-controlled crystals (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Takayama, M.Nakasako
  • 学会等名: International Symposium on "Molecular Science for Supra Functional Systems"
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2009-06-05
• [学会発表] Structure of the reaction intermediate in arylmalonate decarboxylase with inverted enantioselectivity (2009)
  • 著者名/発表者名: R.Obata, M.Nakasako, K.Miyamoto, H.Ohta
  • 学会等名: International Symposium on "Molecular Science for Supra Functional Systems"
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2009-06-05
• [学会発表] Crystallization and preliminary X-ray diffraction experiments on co-enzymeanalogue-liganded glutamate dehydrogenase (2009)
  • 著者名/発表者名: W.Kodama, Y.Matsui, M.Nakasako
  • 学会等名: International Symposium on "Molecular Science for Supra Functional Systems"
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2009-06-05
• [学会発表] 蛋白質と水の界面構造(招待講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 学会等名: 日本学術振興会「水の先進理工学」に関する先導的開発委員会第5回研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-05-21
• [学会発表] 蛋白質結晶湿度制御装置の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴、中迫雅由
  • 学会等名: 第22回日本放射光学会年会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2009-01-12
• [学会発表] 細胞の空間階層X線イメ-ジングの現在と未来への期待 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 学会等名: 自然科学研究機構平成20年度"自然科学における階層と全体シンポジウム
  • 発表場所: 蒲郡、愛知(招待講演)
  • 年月日: 2008-12-16
• [学会発表] 蛋白質の運動と連動する水和水のコヒ-レントな集団運動の探索 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 学会等名: 特定領域「高次系分子科学」第二回公開シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学(招待講演)
  • 年月日: 2008-11-11
• [学会発表] データベース解析に基づく蛋白質の水和構造予測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松岳大輔、中迫雅由
  • 学会等名: 特定領域「高次系分子科学」第二回公開シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2008-11-11
• [学会発表] Prediction of hydration structures around polar protein atoms through a data-base analysis (2008)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Matsuoka, Masavoshi Nakasako
  • 学会等名: XXI Congress of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2008-08-25
• [学会発表] Structural basis for the enantioselective decarboxylation by arylmalonate dec arboxvlase (2008)
  • 著者名/発表者名: Rika Obata, Masayoshi Nakasako, K enii Mivamoto and Hiromichi Ohta
  • 学会等名: XXI Congress of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2008-08-25
• [学会発表] Hydration structure changes around proteins at work (2008)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Nakasako, Tsunero Sato, Mitsnnnri Ikeguchi
  • 学会等名: XXI Congress of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Osaka, Japan(Invited Talk)
  • 年月日: 2008-08-24
• [学会発表] データベース解析から予測される膜蛋白質の膜貫通領域における水和構造 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松岳大輔、中迫雅由
  • 学会等名: 特定領域「高次系分子科学」ミニ公開シンポジウム「プロトンポンプを考える」
  • 発表場所: 大阪大学(招待講演)
  • 年月日: 2008-08-06
• [学会発表] How blue light regulates kinase activity of phototropin (2008)
  • 著者名/発表者名: Satoru Tokutomi, Daisuke Matsuoka, Kazunori zikihara, Koji Okajima, Hitomi Katsura, Shizue Yoshihara, Masayoshi Nakasako
  • 学会等名: 34th American Society for Photobiology Meeting
  • 発表場所: California, USA(Invited Talk)
  • 年月日: 2008-06-23
• [学会発表] タンパク質の水和構造を探る (2008)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 学会等名: 東京工業大学資源化学研究所セミナー
  • 発表場所: 東京工業大学(長津田)
  • 年月日: 2008-06-13
• [学会発表] データベース解析によるタンパク質の水和構造予測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松岳大輔、中迫雅由
  • 学会等名: 第8回日本蛋白質科学会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-06-10
• [備考]
  • URL: http://www.phys.keio.ac.jp/guidance/labs/nakasako/nakasako-lab.html