分子シミュレーションによる F1 分子モーターの回転機構の解明

• 研究課題/領域番号: 22300102
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体生命情報学
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 池口 満徳 横浜市立大学, 大学院・生命ナノシステム科学研究科, 准教授 (60261955)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2012年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2011年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2010年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 分子モーター / F1-ATPase / 分子動力学 / 分子シミュレーション / 立体構造変化

研究概要

本研究では、 F1 分子モーターの回転機構について、 分子シミュレーションを用いた解析を行った。 F1 分子モーターのエンジンであるβサブユニットに対し、 平衡分子動力学計算および自由エネルギー計算を行い、 オープン-クローズ構造間の遷移の様子を明らかにすることができた。αβγ複合体では、分子動力学計算および統計熱力学理論を適用し、サブユニット間でのパッキングの非対称性が回転機構の上で重要であるとする packing exchange model を提唱した。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulations of Yeast F1-ATPase Before and After 16-degree Rotation of the Gamma Subunit (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuko Ito, Takashi Yoshidome, Nobuyuki Matubayashi, Masahiro Kinoshita, Mitsunori Ikeguchi
  • 雑誌名: The journal of Physical Chemistry B 巻: 117 号: 12 ページ: 3298-3307
  • DOI: 10.1021/jp312499u
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Mechanism of ATP Hydrolysis in F_1-ATPase Revealed by Molecular Simulations and Single-Molecule Observations (2012)
  • 著者名/発表者名: Shigehiko Hayashi, Hiroshi Ueno, Abdul Rajjak Shaikh, Myco Umemura, Motoshi Kamiya, Yuko Ito, Mitsunori Ikeguchi, Yoshihiro Momoriya, Ryota Iino, Hiroyuki Noji
  • 雑誌名: Journal of American Chemical Society 巻: 134 号: 20 ページ: 8447-8454
  • DOI: 10.1021/ja211027m
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Characteristics of Yeast F_1-ATPase Before and After 16-degree Rotation of the γ Subunit : Theoretical Analysis Focused on the Water-Enrtopy Effect (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yoshidome, Yuko Ito, Nobuyuki Matubayashi, Mitunori Ikeguchi, Masahiro Kinoshita
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 137 号: 3 ページ: 8-8
  • DOI: 10.1063/1.4734298
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of the DELSEED Loop in Torque Transmission of F_1-ATPase (2012)
  • 著者名/発表者名: Mizue Tanigawara, Kazuhiro V. Tabata, Yuko Ito, Jotaro Ito, Rikiya Watanabe, Hiroshi Ueno, Mitsunori Ikeguchi, Hiroyuki Noji,
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 103 号: 5 ページ: 970-978
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2012.06.054
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of the conformational change of the F1-ATPase β subunit revealed by free-energy simulations (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, T. Oroguchi, M. Ikeguchi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 133 号: 10 ページ: 3372-3380
  • DOI: 10.1021/ja1070152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rotational Mechanism of F_1-ATPase : Crucial Importance of Water-Entropy Effect (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshidome, Y.Ito, M.Ikeguchi, M.Kinoshita
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 133 号: 11 ページ: 4030-4039
  • DOI: 10.1021/ja109594y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of the conformational change of the F_1-ATPase B subunit revealed by free-energy simulations. (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Ito, T.Oroguchi, M.Ikeguchi
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 巻: 133 ページ: 3372-3380
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and functional analysis of the intrinsic inhibitor subunit εof F1-ATPase from photosynthetic organisms (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Yagi, H. Konno, T. Murakami-Fuse, A. Isu, T. Oroguchi, H. Akutsu, M. Ikeguchi, T. Hisabori
  • 雑誌名: Biochem. J 巻: 425 号: 1 ページ: 85-94
  • DOI: 10.1042/bj20091247
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural fluctuation and concerted motions in F1-ATPase: a molecular dynamics study (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, M. Ikeguchi
  • 雑誌名: J. Comput. Chem 巻: 31 号: 11 ページ: 2175-2185
  • DOI: 10.1002/jcc.21508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular dynamics simulations of the isolated β subunit of F1-ATPase (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, M. Ikeguchi
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett 巻: 490 号: 1-3 ページ: 80-83
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2010.03.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of ionic strength on SAXS data for proteins revealed by molecular dynamics simulations. (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Oroguchi, M.Ikeguchi
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 巻: 134 ページ: 25102-25102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Side-chain conformational changes of transcription factor PhoB upon DNA binding : a population-shift mechanism. (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Yamane, H.Okamura, Y.Nishimura, A.Kidera, M.Ikeguchi
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 巻: 132 ページ: 12653-12659
  • 査読あり
• [学会発表] Molecular dynamics simulation on structural characteristics of yeast F1-ATPase before and after 16-degree rotation of gamma subunit (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, T. Yoshidome, N. Matubayasi, M.Kinoshita, M. Ikeguchi
  • 学会等名: The 57th Annual Meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: Philadelphia, USA
  • 年月日: 2013-02-06
• [学会発表] Molecular Dynamics Simulation on Structural Characteristics of Yeast F1-ATPase before and after 16-degree Rotation of Gamma Subunit (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuko Ito, Takashi Yoshidome, Nobuyuki Matubayasi, Masahiro Kinoshita, Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 57th Annual Meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: Philadelphia, USA
• [学会発表] Theoretical study on rotation mechanism of molecular motor F1-ATPase (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ikeguchi
  • 学会等名: The 12th KIAS Conference on Protein Structure and Function
  • 発表場所: Seoul, Korea.招待講演
  • 年月日: 2012-10-13
• [学会発表] F1 分子モーターの分子シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 池口満徳
  • 学会等名: F1 分子モーターの分子シミュレーション
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2012-10-10
• [学会発表] Molecular dynamics simulation on structural characteristics of yeast F1-ATPase before and after 16-degree rotation of gamma subunit (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, T. Yoshidome, N. Matsubayashi, M.Kinoshita, M. Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第50回年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2012-09-24
• [学会発表] Mechanism of the conformational change of the F1-ATPase β subunit revealed by free-energy simulations (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, T. Oroguchi, M. Ikeguchi
  • 学会等名: 56th Annual Meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2012-02-29
• [学会発表] A novel rotation mechanism of F1-ATPase based on the water-entropy effect (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshidome, Y. Ito, N. Matubayasi, M.Ikeguchi, M. Kinoshita
  • 学会等名: 56th Annual Meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2012-02-29
• [学会発表] F1分子モーターの分子シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 池口 満徳
  • 学会等名: 計算物質科学イニシアティブ計算分子科学研究拠点第３回研究会
  • 発表場所: 岡崎
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical Study on rotation mechanism of molecular motor F1-ATPase (2012)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: The 12th KIAS Conference on Protein Structure and Function
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Dynamics Simulation on Structural Characteristics of Yeast F1-ATPase before and after 16-degree Rotation of Gamma Subunit (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuko Ito, Takashi Yoshidome, Nobuyuki Matsubayashi, Masahiro Kinoshita, Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第50回年会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] M. Tanigawara, J. Ito, Y. Ito, R. Watanabe, K. Koyasu, M. Ikeguchi, K. V. Tabata, H.Noji (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Tanigawara, J. Ito, Y. Ito, R. Watanabe, K. Koyasu, M. Ikeguchi, K. V. Tabata, H.Noji
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] A theoretical analysis on water-entropy change in yeast F1-ATPase during 16 degrees rotation of gamma subunit (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshidome, M. Ikeguchi, M. Kinoshita
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] Theoretical study on rotational mechanism of F1 molecular motor and asymmetric structures (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] Theoretical study on rotational mechanism of F1 molecular motor and asymmetric structures (2011)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 姫路(招待講演)
• [学会発表] Specific interaction between C terminal domain of β and γ of F1-ATPase is dispensable for torque transmission (2011)
  • 著者名/発表者名: Mizue Tanigawara, Jotaro Ito, Yuko Ito, Rikiya Watanabe, Kazuma Koyasu, Mitsunori Ikeguchi, Kazuhito V.Tabata, Hiroyuki Noji
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 姫路
• [学会発表] Theoretical study on rotation mechanism of molecular motor F1-ATPase (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Ikeguchi
  • 学会等名: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2010-12-20
• [学会発表] F1-ATPase の回転のメカニズムにおける水のエントロピーの重要性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉留崇,伊藤祐子,池口満徳,木下正弘
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2010-09-26
• [学会発表] Crucial importance of translational entropy of water in rotation mechanism of F1-ATPase (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshidome, Y. Ito, M. Ikeguchi, M. Kinoshita
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] Investigation of the conformational change of the F1-ATPase (βsubunit) via molecular dynamics simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, T. Oroguchi, M. Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] Theoretical study on rotation mechanism of molecular motor F_1-ATPase (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Ikeguchi
  • 学会等名: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Hunolulu, Hawaii, USA
• [学会発表] Investigation of the conformational change of the F1-ATPase (βsubunit) viamolecular dynamics simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Ito, T.Oroguchi, M.Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] 分子シミュレーションで探るDNA結合タンパク質の揺らぎと機能 (2010)
  • 著者名/発表者名: 池口満徳
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 大阪