分子シミュレーションによるV型ATPaseの回転機構の解明

• 研究課題/領域番号: 25291036
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 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: 池口 満徳 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (60261955)
• 連携研究者: 村田 武士 千葉大学, 理学研究科, 教授 (80415322)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2015年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2014年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2013年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: V型ATPase / 分子動力学 / マルチスケールシミュレーション / 分子モーター / 分子シミュレーション / V1-ATPase / 回転機構

研究成果の概要

ATP加水分解のエネルギーを利用してイオンを運ぶ分子モーターであるV型ATPaseについて、分子動力学（MD）シミュレーションを用いた回転機構の研究を行った。水素まで考慮する全原子モデルと、アミノ酸を粒子と考える粗視化モデルの両方を用いたマルチスケールMDシミュレーションによって、軸回転の再現に成功し、その構造変化の解析から、どのようにV型ATPaseが回転しているのか、そのメカニズムを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] An accurate and efficient computation method of the hydration free energy of a large, complex molecule (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshidome, T. Ekimoto, N. Matubayasi, Y. Harano, M. Kinoshita, and M. Ikeguchi
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 142 号: 17 ページ: 175101-11
  • DOI: 10.1063/1.4919636
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Mechanism of the ab (alpha beta) Conformational Change in F1-ATPase After the ATP Hydrolysis: Free-energy Simulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuko Ito, Mitsunori Ikeguchi
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 108 号: 1 ページ: 85-97
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2014.11.1853
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Finite-Size Effect on the Charging Free Energy of Protein in Explicit Solvent (2015)
  • 著者名/発表者名: Toru Ekimoto, Nobuyuki Matubayasi, Mitsunori Ikeguchi
  • 雑誌名: J. Chem. Theory Comput. 巻: 11 号: 1 ページ: 215-223
  • DOI: 10.1021/ct5008394
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Functional rotation induced by alternating protonation states in the multidrug transporter AcrB: All-atom molecular dynamics simulations. (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yamane, S. Murakami, M. Ikeguchi
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 52 号: 43 ページ: 7648-7658
  • DOI: 10.1021/bi400119v
  • 査読あり
• [学会発表] Rotation mechanism of V1-ATPase studied by multi-scale MD simulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuta Isaka, Yuichi Kokabu, Toru Ekimoto, Takeshi Murat, Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第53回年会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Conformational Dynamics of Multidrug Efflux Transporter AcrB (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第53回年会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2015-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] マルチスケール分子動力学シミュレーションによる V1-ATPase の回転機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井阪 悠太、小甲 裕一、浴本 亨、 村田 武士、池口 満徳
  • 学会等名: 日本蛋白質科学会第15回年会
  • 発表場所: 徳島あわぎんホール
  • 年月日: 2015-06-24
• [学会発表] Course-grained molecular dynamics simulation of V1-ATPase (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Kashimura, Yuta Isaka, Yuichi Kokabu, Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 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] Rotation mechanism of V1-ATPase studied by MD simulation (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuta Isaka, Takeshi Murata, Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 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] Molecular dynamics simulations of the β subunit in F1-ATPase: Relation between the large-scale structural change and common motifs (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuko Ito, Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 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] MD シミュレーションによる V1-ATPase の回転機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井阪 悠太、池口 満徳
  • 学会等名: 日本蛋白質科学会第14回年会
  • 発表場所: 横浜ワークピア
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [学会発表] 分子動力学計算を使って明らかにした F1-ATPase の回転機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 祐子、池口 満徳
  • 学会等名: 日本蛋白質科学会第14回年会
  • 発表場所: 横浜ワークピア
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
  • 招待講演
• [学会発表] Free energy simulations for the conformational change of the αβ subunits in F1-ATPase after the ATP hydrolysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuko Ito, Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 58th Annual Meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: San Francisco, California, USA
• [学会発表] Rotation mechanism of V1-ATPase studied by steered MD simulations (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuta Isaka, Ichiro Yamato, Takeshi Murata, Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] All-atom hydration analysis of the β subunit in F1-ATPase (2013)
  • 著者名/発表者名: Toru Ekimoto, Mitsunori Ikeguchi, Nobuyuki Matubayasi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Protein structural fluctuations investigated by small-angle X-ray solution scattering and molecular dynamics simulations (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomotaka Oroguchi, Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 京都
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular dynamics simulations of biomolecular motor F1-ATPase (2013)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: CMSI International Satellite Meeting in NAGOYA
  • 発表場所: 名古屋
  • 招待講演
• [学会発表] Comparison of ssDNA- and dsDNA-binding affinity of RecA recombinase using the PBSA method (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Kokabu, Mitsunori Ikeguchi
  • 学会等名: The 3rd International Conference on New frontier of the research in RecA-family recombinase and its accessory proteins
  • 発表場所: Nantes, France
  • 招待講演
• [図書] 全原子分子動力学計算が解き明かす回転分子モーターの作用機構．1分子ナノバイオ計測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤祐子、池口満徳
  • 出版者: 化学同人
• [図書] Molecular dynamics simulations of F1-ATPase, in Protein Conformational Dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito and M. Ikeguchi
  • 出版者: Springer