生体分子構造およびに生体分子間相互作用の安定化における水分子の役割の解明

• 研究課題/領域番号: 26800227
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 苙口 友隆 慶應義塾大学, 理工学部, 講師 (90589821)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2014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: 生体分子 / 機能的構造揺らぎ / 水和構造 / 水素結合ネットワーク / 分子動力学シミュレーション / 分子力場 / 低温X線結晶構造解析 / ダイナミックス / グルタミン酸脱水素酵素

研究成果の概要

本研究では、生命に不可欠な水が蛋白質の機能的運動にどのような役割を果たすかを明らかにするために、分子動力学(MD)シミュレーションと構造解析実験を組み合わせながら、酵素蛋白質グルタミン酸脱水素酵素(GDH)が基質を捉える運動と水和構造変化の相関を調べた。その結果、GDHの機能的運動がその表面での水分子の脱離・吸着で制御されていることを見出した。
さらに、X線結晶構造解析で観察された水和構造を原子レベルで再現する分子ポテンシャル関数の開発を行った。MDと量子化学計算を併用した計算から、実験水和構造を再現するためには、非共有電子対を露わに取り込んだポテンシャル関数が必要なことが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Classification and assessment of retrieved electron density maps in coherent X-ray diffraction imaging using multivariate statistics (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Sekiguchi, T. Oroguchi and M. Nakasako
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiation 巻: 23 号: 1 ページ: 312-323
  • DOI: 10.1107/s1600577515018202
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Classification of projection images of proteins with structural polymorphism by manifold: A simulation study for X-ray free-electron laser diffraction imaging (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshidome, T. Oroguchi, M. Nakasako and M. Ikeguchi
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 92 号: 3 ページ: 032710-032723
  • DOI: 10.1103/physreve.92.032710
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cryogenic coherent x-ray diffraction imaging for biological non-crystalline particles using the KOTOBUKI-1 diffraction apparatus at SACLA (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomotaka Oroguchi, Yuki Sekiguchi, Amane Kobayashi,Yu Masaki, Asahi Fukuda, Saki Hashimoto, Masayoshi Nakasako, Yuichi Ichikawa, Hitoshi Kurumizaka, Mitsuhiro Shimizu et al.,
  • 雑誌名: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 巻: 48 号: 18 ページ: 184003-184003
  • DOI: 10.1088/0953-4075/48/18/184003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent X-ray diffraction imaging of chloroplasts from Cyanidioschyzon merolae by using X-ray free electron laser. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayama, Y., Inui, Y., Sekiguchi, Y., Kobayashi, A., Oroguchi, T., Yamamoto, M., Matsunaga, S., and Nakasako, M.
  • 雑誌名: PLANT AND CELL PHYSIOLOGY 巻: 未定 号: 7 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Coherent X-ray diffraction imaging of chloroplasts from Cyanidioschyzon merolae by using X-ray free electron laser (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Takayama, Yayoi Inui Yuki Sekiguchi1, Amane Kobayashi, Tomotaka Oroguchi, Masaki Yamamoto, Sachihiro Matsunaga and Masayoshi Nakasako
  • 雑誌名: PLANT CELL PHYSIOLOGY 巻: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Signal-enhancement and Patterson-search phasing for high-spatial-resolution coherent X-ray diffraction imaging of biological objects (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Takayama, S. Maki-Yonekura, T. Oroguchi, M. Nakasako and K. Yonekura
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 5 号: 1 ページ: 8074-8074
  • DOI: 10.1038/srep08074
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Signal enhancement and Patterson-search phasing for high-spatial-resolution coherent X-ray diffraction imaging of biological objects (2014)
  • 著者名/発表者名: Amane Kobayashi, Yuki Sekiguchi, Yuki Takayama, Tomotaka Oroguchi, and Masayoshi Nakasako
  • 雑誌名: OPTICAL EXPRESS 巻: 22 ページ: 27892-27909
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] IDATEN and G-SITENNO: GUI assisted software for coherent X-ray diffraction imaging experiments and data analyses at SACLA (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sekiguchi, Masaki Yamamoto, Tomotaka Oroguchi, Yuki Takayama, Shigeyuki Suzuki and Masayoshi Nakasako
  • 雑誌名: JOURNAL OF SYNCHROTRON RADIATION 巻: 21 ページ: 1378-1383
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single shot three-dimensional imaging of high-index-faceted nanocrystals with femtosecond X-ray free electron laser pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Xu, H. Jiang, C. Song, Z. Huang, J. A. Rodriguez, C-C. Chen, D. Nam, J. Park, M. Gallagher-Jones, S. Kim, S. Kim, A. Suzuki, Y. Takayama, T. Oroguchi, Y. Takahashi, J. Fan, Y. Zou, T. Hatsui, Y. Inubushi, T. Kameshima, K. Yonekura et al.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 5 号: 1 ページ: 4061-4061
  • DOI: 10.1038/ncomms5061
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Nanoscale wetting and drying processes dominate protein functional motions (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomotaka Oroguchi
  • 学会等名: TSRC Protein Dynamics Workshop
  • 発表場所: Telluride (USA)
  • 年月日: 2016-08-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nanoscale wetting and drying processes work as a switch for protein functional motions (2016)
  • 著者名/発表者名: 苙口友隆
  • 学会等名: 日本化学会 第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学 (京都府・京田辺市)
  • 年月日: 2016-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] Nanoscale wetting and drying processes control protein functional motions (2015)
  • 著者名/発表者名: 苙口友隆
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学 （石川県、金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] Nanoscale wetting and drying processes control protein functional motions (2015)
  • 著者名/発表者名: 苙口友隆
  • 学会等名: The 2015 TSRC workshop on Protein Dynamics
  • 発表場所: Telluride, USA
  • 年月日: 2015-08-03 – 2015-08-07
  • 招待講演
• [学会発表] グルタミン酸脱水素酵素のドメイン運動に協奏した水和構造変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 苙口友隆、中迫雅由
  • 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 （北海道、札幌市）
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27