| 研究課題/領域番号 |
21H03551
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分62010:生命、健康および医療情報学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
今井 賢一郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (80442573)
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| 研究分担者 |
土方 敦司 東京薬科大学, 生命科学部, 准教授 (80415273)
本野 千恵 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (80415752)
足達 俊吾 国立研究開発法人国立がん研究センター, 研究所, 部門長 (90783803)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2021年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
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| キーワード | 疾患関連変異分布 / タンパク質構造 / タンパク質機能推定 / クリプトサイト / アロステリック制御 / 疾患関連変異 / アロステリックサイト |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、疾患関連変異をタンパク質の立体構造上でのクラスタ（3D変異クラスタ）という単位でとらえ、3D変異クラスタを基点とした未発見の機能部位探索法を提案する。疾患関連変異は、機能部位近辺に集積する傾向がある一方、既知の機能部位に紐づかないクラスタは、未発見の機能部位を指し示す可能性がある。そこで、網羅的な3D変異クラスタの同定及び未知の機能部位候補探索を行う。未発見の機能部位は、クリプトサイトやアロステリック制御部位など動的に生じる可能性が高いため、分子動力学計算を中心とした機能推定及び実験的検証を行う。見出される新たな機能部位は、タンパク質の機能解明や新規創薬標的の創出の一助となる。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、疾患関連変異をタンパク質の立体構造上でのクラスタ（3D変異クラスタ）という単位でとらえ、3D変異クラスタを基点としたタンパク質の未発見の機能部位探索法を提案するものである。研究初年度となる本年度では、1261個の構造既知のヒトのタンパク質構造に対し、ClinVarに登録されている疾患関連変異の網羅的なマッピングを行った。次に、タンパク質の立体構造上に疾患関連変異の有意な集合が見られるかどうかを判断し、有意な集合が見られた場合は、さらに詳細なクラスタリング解析を行い、3D変異クラスタの探索を行った。その結果、1504個の3D変異クラスタを同定することできた。疾患関連変異は、タンパク質構造上で機能部位近辺に集積する傾向がある一方、既知の機能部位に紐づかないクラスタは、未発見の機能部位を指し示す可能性がある。そこで、同定された3D変異クラスタに対し、既知の機能部位との関連性を解析したところ、約30%は、リガンド結合部位やタンパク質間相互作用部位の近辺に存在しない、未発見の機能部位候補となるものであった。
未発見の機能制御部位は、単純なポケットではなく、動的に生じるリガンド結合部位（クリプトサイト）やアロステリック制御部位の可能性が高い。これに対し、水に小さな化合物フラグメント（プローブ）を混ぜた共溶媒での分子動力学計算（共溶媒MD法）は、タンパク質の構造変化を誘発させたり、プローブのタンパク質表面への存在確率から機能部位を推定することができ、クリプトサイトやアロステリック制御部位の推定に有効である。そこで、共溶媒MD法を用いた効率的な機能部位推定を行うため、既知のクリプトサイトを持つタンパク質5個を対象に、プローブの組み合わせや計算時間など共溶媒MD法の実験条件の検討も進めた。
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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
効率的な機能部位推定を行うための共溶媒MD法の実験条件の確定までは至らなかったが、ヒトのタンパク質の既知構造に対し、網羅的な3D変異クラスタ探索を完了でき、未知の機能部位候補を列挙することができたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、現在進めている共溶媒MD法の実験条件を確定させ、未発見の機能部位候補に対する共溶媒MD法による機能解析を行う。また、高精度のタンパク質構造予測法であるAlphaFold2を用いることで、構造未知のタンパク質も解析対象に含むことができ、解析対象を拡大することが可能である。そこで、AlphaFold2のヒトのタンパク質予測構造に対しても3D変異クラスタの探索についても検討し、未発見の機能部位候補の拡充を行う。また、変異による構造の不安定化から、潜在的な局在化シグナルの露出により局在化変化を起こすタンパク質候補についての探索も進める。
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