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拡張アンサンブル法による膜透過ペプチドの分子集合状態解析

研究課題

研究課題/領域番号 23K05714
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分43040:生物物理学関連
研究機関信州大学

研究代表者

梅澤 公二  信州大学, 学術研究院農学系, 助教 (00609258)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード膜透過ペプチド / 自由エネルギー計算 / 拡張アンサンブル法 / 分子集合
研究開始時の研究の概要

細胞膜透過ペプチド(Cell Penetrating Peptide: CPP)は極性分子であるにもかかわらず、疎水的な細胞膜を通過できる。しかし、その膜透過メカニズムの全容解明にはいたっていない。その解明には複数分子の集合体としての膜透過を計算する必要がある。全原子モデルによる分子計算は分子の立体構造を調べる上で有効であるが、分子集合体が濃度依存的に取りうる網羅的な算出は難しい。そこで、拡張アンサンブル法を応用し、L体とD体のCPP分子が多数集合して膜透過に働く機能的分子集合構造を解明する。物理化学的に奇妙なペプチド-膜透過の現象を明らかにすることで、細胞膜透過に新たな分子論を提案したい。

研究実績の概要

本研究の目的は膜透過ペプチドの膜透過メカニズムを新しい分子計算法を適用して解析することである。本研究によって、未解明な膜透過ペプチドの膜透過メカニズムについて、立体構造集団の観点から解析することで、これまで議論が分かれていたところに理論的な解釈を与えることがねらいである。そもそも膜を透過しないと考えられてきたペプチドの中で膜を透過するペプチドの特徴を明らかにできれば、将来的に膜透過ペプチド分子の設計やペプチド医薬の発展につながると期待される。本研究目的を遂行する上で新しい分子計算法の開発は欠かせない過程である。新しい分子計算法はこれまで開発されてきた拡張アンサンブル法を発展させたものである。研究実施計画に基づき、拡張アンサンブル法の検証を行ってきた。さらに、膜透過ペプチドの有機溶媒環境および水中環境での会合状態に適用し、各環境下における会合状態の差異を明らかにする。従来の拡張アンサンブル法の実行には手作業の部分を含み労力がかかる。この点を自動化し、かつ、汎用的な反応座標へ適用できるように発展させている。従来法との比較を行ないながら、同等の立体構造アンサンブルを算出することができてきている。引き続き、研究実施計画に則り、研究結果をあげていく。3年計画のうち1年目では有機溶媒環境と水中環境のそれぞれで実施してきた。2年目以降には実際の膜環境にて実施していく。1年目のうちに膜分子モデルの検証を実施してきた。これらの結果を合わせ、2年目以降の研究計画を遂行していく。

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

本研究遂行に最も大切と考えられる拡張アンサンブル法の発展・開発について、順調に進んでおり、従来法と同等の立体構造集団を算出できている。また、2年目以降に必須の膜分子について計算モデルの検証を行なっており、上記区分(2)おおむね順調に進展している。とした。

今後の研究の推進方策

本研究実施計画に基づき、引き続き研究を推進していく。1年目の結果から、今後の研究計画を変更する必要性はないと考えられ、このまま順調に進めていく予定である。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2024 2023

すべて 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [学会発表] 4-8 結合型プロアントシアニジン立体配座に関する自由エネルギー地形の分子シミュレーション解析2024

    • 著者名/発表者名
      上田稔淳, 河原岳志, 真壁秀文, 梅澤公二
    • 学会等名
      日本農芸化学会2024年大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 筋分化促進ホスホロチオエート修飾オリゴDNAの鏡像異性体に関する計算構造集団解析2024

    • 著者名/発表者名
      榎本湧也, 高谷智英, 下里剛士, 梅澤公二
    • 学会等名
      日本農芸化学会2024年大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 油と水の分子集合状態に関する計算化学的アプローチ2023

    • 著者名/発表者名
      梅澤公二
    • 学会等名
      第74回コロイドおよび界面化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Conformational studies of oligo(N-methylalanine) and application of the oligomer for designing a ligand against a cancer-related protein MDM22023

    • 著者名/発表者名
      Jumpei MORIMOTO, Marin YOKOMINE, Yota SHIRATORI, Takumi UEDA, Koji UMEZAWA, Koichiro MIYANISHI, Wataru MIZUKAMI, Koh TAKEUCHI, Shinsuke SANDO
    • 学会等名
      CBI学会2023年大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] αチューブリンおよびKRas4Bの天然変性領域における遊離状態と結合状態に関する分子動力学シミュレーション解析2023

    • 著者名/発表者名
      森川真人、川田和輝、前田大夢、梅澤公二
    • 学会等名
      第61回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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