タンパク質複合体形成過程の分子シミュレーションによる遭遇複合体の役割の解明

• 研究課題/領域番号: 23247027
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 木寺 詔紀 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (00186280)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 46,930千円 (直接経費: 36,100千円、間接経費: 10,830千円); 2014年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円); 2013年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円); 2012年度: 14,430千円 (直接経費: 11,100千円、間接経費: 3,330千円); 2011年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
• キーワード: タンパク質複合体 / 分子シミュレーション / 遭遇複合体 / マルチスケールモデル / 過渡的複合体 / 生物物理 / タンパク質間相互作用 / 分子動力学シミュレーション / 自由エネルギー / 構造・機能予測 / サンプリング / 拡張サンプリング / 経路探索

研究成果の概要

タンパク質－タンパク質間相互作用は、多くの場合幅広い準安定状態を含む相互作用界面を持っているとされている。そのような相互作用の自由エネルギーランドスケープをBarnase/Barstar複合体とEIN/HPr複合体について水中の全原子網羅的サンプリングシミュレーションを用いて決定した。その結果、高々μモル程度の解離定数を持つタンパク質－タンパク質間相互作用における過渡的複合体は、相互作用形成経路上の準安定状態ではなく、平衡状態における極めて広い構造分布の準安定構造であり、それらは生状態の機能的構造の出現を一過性の過渡的なものとしていることが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Solvent friction effects propagate over the entire protein molecule through low-frequency collective modes (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Moritsugu, A. Kidera, and J. Smith
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 118 号: 29 ページ: 8559-8565
  • DOI: 10.1021/jp503956m
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Energy landscape of all-atom protein-protein interactions revealed by multiscale enhanced sampling (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Moritsugu, T. Terada, and A. Kidera
  • 雑誌名: PLOS Comput. Biol. 巻: 10 号: 10 ページ: e1003901-e1003901
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1003901
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiscale enhanced sampling driven by multiple coarse-grained models (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Moritsugu, T. Terada, and A. Kidera
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 616-617 ページ: 20-24
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2014.10.009
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hierarchical description and extensive classification of protein structural changes by Motion Tree (2014)
  • 著者名/発表者名: Koike, R., Ota, M., and Kidera, A.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol 巻: 426 号: 3 ページ: 752-762
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2013.10.034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiscale enhanced path sampling based on the Onsager-Machlup action: Application to a model polymer (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Fujisaki, M. Shiga, K. Moritsugu, A. Kidera
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 139 号: 5 ページ: 0541171-9
  • DOI: 10.1063/1.4817209
  • 査読あり
• [雑誌論文] The conserved Arg241-Glu439 salt bridge determines flexibility of the inositol 1,4,5-trisphosphate receptor binding core in the ligand-free state (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Ida and A. Kidera
  • 雑誌名: Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics 巻: 81 号: 10 ページ: 1699-1708
  • DOI: 10.1002/prot.24304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Minimum Free Energy Path of Ligand-Induced Transition in Adenylate Kinase (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsunaga, H. Fujisaki, T. Terada, T. Furuta, K. Moritsugu, and A. Kidera
  • 雑誌名: PLoS Comput. Biol 巻: 8 号: 6 ページ: 12-12
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1002555
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative simulations of the ground state and the M-intermediate state of sensory rhodopsin II-transducer complex with a HAMP domain model (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Nishikataら
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 51 号: 30 ページ: 5958-5966
  • DOI: 10.1021/bi300696b
  • 査読あり
• [雑誌論文] PLoS One (2012)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga, Y., Koike, R., Ota, M., Tame, J. R. H. & Kidera, A.
  • 雑誌名: Influence of structural symmetry on protein dynamics. 巻: 7 号: 11 ページ: 11-11
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0050011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative molecular dynamics simulations study of crystal environment effect on protein structure (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Terada, A.Kidera
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B. 巻: 116(in press) 号: 23 ページ: 6810-6818
  • DOI: 10.1021/jp2125558
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disorder-to-order transition of an intrinsically disordered protein sortase revealed by multiscale enhanced sampling (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Moritsugu, T.Terada, A.Kidera
  • 雑誌名: J.Am.Chm.Soc. 巻: 134 号: 16 ページ: 7094-7101
  • DOI: 10.1021/ja3008402
  • 査読あり
• [学会発表] Ligand binding process at atomistic resolution revealed by multiscale enhanced sampling (2014)
  • 著者名/発表者名: Kei Moritsugu, Tohru Terada, Akinori Kidera
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 全原子モデル-粗視化モデルの連成シミュレーションによる蛋白質複合体形成過程の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大森聡、森次圭、木寺詔紀
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ワークピア横浜
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [学会発表] 全原子モデル- 粗視化モデル連成法を用いた蛋白質複合体形成過程の分子シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 大森 聡、森次 圭、木寺 詔紀
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: とりぎん文化会館
• [学会発表] Structural ensemble of protein encounter complex revealed by Multiscale Essential Sampling (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Omori, Kei Moritsugu, Akinori Kidera
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会議場
• [学会発表] Motion Tree analysis of the multidrug transporter AcrB (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Yamane, Ryotaro Koike, Motonori Oota, Satoshi Murakami, Akinori Kidera, Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会議場
• [学会発表] The effects of substrate binding in ABC transporter: A simulation study (2013)
  • 著者名/発表者名: Kouki Yamada, Hiroaki Kato, Akinori Kidera
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会議場
• [学会発表] Hierarchical description and extensive classification of protein structural changes by Motion Tree (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryotaro Koike, Motonori Ota, Akinori Kidera
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会議場
• [学会発表] HAMPドメインの分子モデルを結合したSRII-HtrII複合体の比較シミュレーションにより示唆された基底状態とM中間体の差異 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木寺詔紀
  • 学会等名: 日本蛋白質科学会第12回年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
• [学会発表] 結合型ジユビキチンのマイクロ秒スケールの分子動力学シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 木寺詔紀
  • 学会等名: 日本蛋白質科学会第12回年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
• [学会発表] Differences between the ground state and the Mintermediateof Sensory Rhodopsin II-Transducer complex revealed by comparative simulations (2012)
  • 著者名/発表者名: Akinori Kidera
  • 学会等名: 日本生物物理学会第50回年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Path sampling for small peptide systems using the Onsager-Machlup action method (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Fujisaki
  • 学会等名: 日本生物物理学会第50回年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Multiscale enhanced sampling simulation of protein interaction (2012)
  • 著者名/発表者名: Kei Moritsugu
  • 学会等名: 日本生物物理学会第50回年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Molecular dynamics simulation study of Lys48-linked diubiquitin in compact conformation (2012)
  • 著者名/発表者名: Akinori Kidera
  • 学会等名: 日本生物物理学会第50回年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Multiscale enhanced sampling simulation for protein-protein interactions (2011)
  • 著者名/発表者名: Kei Moritsugu, Akinori Kidera
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学
  • 年月日: 2011-09-16
• [図書] 岩波講座 計算科学 4巻 計算と生命 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木寺詔紀
  • 総ページ数: 59
  • 出版者: 岩波書店
• [備考] Akinori Kidera
  • URL: http://www-mls.tsurumi.yokohama-cu.ac.jp/bioinfo/self_introduction/Kidera/index.html