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蛋白質機能を駆動する水和構造の時空間階層イメージング

公募研究

研究領域動的構造生命科学を拓く新発想測定技術-タンパク質が動作する姿を活写する-
研究課題/領域番号 17H05891
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

中迫 雅由  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30227764)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード蛋白質水和構造 / 蛋白質内部運動 / X線小角散乱 / クライオ電子顕微鏡 / 動的ストークスシフト / 時間分解蛍光 / 分子動力学計算 / 植物光受容蛋白質 / 蛋白質ドメイン運動 / 水和ダイナミクス / クライオ電子顕微鏡解析 / 時間分解蛍光測定 / 蛋白質水和 / ドメイン運動 / 光受容蛋白質 / 立体構造 / 生物物理 / 電子顕微鏡
研究実績の概要

本課題では、溶液中の蛋白質機能発現過程での分子及び溶媒和ダイナミクスを探る研究を行っている。これまで、グルタミン酸脱水素酵素のドメイン運動を結晶構造解析と分子動力学計算によって明らかにしてきた。前年度に引き続き、より多数の電子顕微鏡画像データを追加して、実験的にドメイン運動の準安定状態を探った。その結果、運動が制限される結晶構造解析では観察できない溶液中での構造多形を見出した。さらに、分子動力学計算結果と照合したところ、観察された各準安定状態が、分子動力学計算で現れる構造揺らぎの範囲内にあるものの、その出現頻度は大きく異なっていた。この結果は、200 ns程度の分子動力学計算では、分子運動の位相空間を十分にサンプリングできないことを意味する。これらの成果をまとめて、現在、論文投稿中である。
溶液中蛋白質分子の構造変化を調べるために、植物の赤色光受容蛋白質フィトクロムBの全長試料について、排除体積クロマトグラフィーとX線小角散乱を組み合わせた測定を行った。赤色光吸収型の分子形状モデルをこれまでに開発した解析方法で明らかにし、類縁蛋白質フィトクロムAとの構造差異も明らかにした。また、赤色光照射下で、赤色光吸収型と近赤外光吸収型の混合状態についても測定し、生理活性を有する近赤外光吸収型が光科学的に非特異的凝集を生じることを明らかにした。この光依存的凝集は、近赤外光吸収型が他の蛋白質と相互作用する際に有利に働き、生理活性を生じるのではないかと推察した。この成果についても、現在、論文投稿中である。
前年度に時間分解蛍光和周波測定で得られたダイナミック・ストークス・シフトのデータを、分子動力学計算によって解釈することを試み、蛋白質表面に生じる集団的な水和双極子が、トリプトファンの電子状態緩和に寄与することを明らかにした。この結果は、論文としてまとめて投稿し、現在、改訂中である。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 2件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Classification of ab initio models of proteins restored from small-angle X-ray scattering2018

    • 著者名/発表者名
      Mao Oide, Yuki Sekiguchi, Asahi Fukuda, Koji Okajima, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 25 号: 5 ページ: 1379-1388

    • DOI

      10.1107/s1600577518010342

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth of cuprous oxide particles in liquid-phase synthesis investigated by X-ray laser2018

    • 著者名/発表者名
      Tomotaka Oroguchi, Takashi Yoshidome, Takahiro Yamamoto, Masayoshi Nakasako
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 18 号: 8 ページ: 5192-5197

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.8b02153

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水和構造によって制御される蛋白質の機能的ドメイン運動2018

    • 著者名/発表者名
      苙口友隆,中迫雅由
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 58 ページ: 204-206

    • NAID

      130007420866

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Blue-light excited LOV1 and LOV2 domains cooperatively regulate the kinase activity of full-length phototropin2 from Arabidopsis2018

    • 著者名/発表者名
      M. Oide, K. Okajima, H. Nakagami, T. Kato, Y. Sekiguchi, T. Oroguchi, T. Hikima, M. Yamamoto and M. Nakasako
    • 雑誌名

      The Journal of Biological Chemistry

      巻: 293 号: 3 ページ: 963-972

    • DOI

      10.1074/jbc.ra117.000324

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水和構造によって制御される蛋白質の機能的ドメイン運動2018

    • 著者名/発表者名
      苙口友隆、中迫雅由
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 印刷中

    • NAID

      130007420866

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influences of lone-pair electrons on directionality of hydrogen bonds formed by hydrophilic amino acids side chains in molecular dynamics simulation2017

    • 著者名/発表者名
      T. Oroguchi and M. Nakasako
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 15859-15859

    • DOI

      10.1038/s41598-017-16203-w

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Controlled Terahertz Birefringence in Stretched Poly(lactic acid) Films Investigated by Terahertz Time-Domain Spectroscopy and Wide-Angle X-ray Scattering2017

    • 著者名/発表者名
      H. Iwasaki、M. Nakamura、N. Komatsubara、M. Okano、M. Nakasako、H. Sato、S. Watanabe
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B

      巻: 121 号: 28 ページ: 6951-6957

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.7b04755

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A protocol for searching most probable phase-retrieved maps in coherent X-ray diffraction imaging by exploiting relationship between convergence of retrieved phase and success of calculation2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Sekiguchi, S. Hashimoto, A. Kobayashi, T. Oroguchi and M. Nakasako
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 24 号: 5 ページ: 1024-1038

    • DOI

      10.1107/s1600577517008396

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 量子ビームを用いる細胞の空間階層イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 学会等名
      平成30年度 東北大学多元物質科学研究所 附属先端計測開発センター講演会 第2回「計測とデータ科学の協奏」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Domain motion of Fv-fragment in anti-dansyl immunoglobulin G controles conofromation of its flexible antigen-binding region2018

    • 著者名/発表者名
      T. Oroguchi and M. Nakasako
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Visualizing the domain motion of glutamate dehydrogenase using cryo-electron microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      M. Oide, T. Kato, T. Oroguchi, K. Namba and M. Nakasako
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] クライオ電子顕微鏡を用いたグルタミン酸脱水素酵素ドメイン運動の解析2018

    • 著者名/発表者名
      大出 真央、加藤 貴之、苙口 友隆、難波 啓一、中迫 雅由
    • 学会等名
      第18回日本タンパク質科学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] クライオ電子顕微鏡法で取得された蛋白質三次元構造に 対するX線小角散乱法を利用した構造評価方法の提案2018

    • 著者名/発表者名
      大出真央、加藤貴之、苙口友隆、引間孝明、難波啓一、山本雅貴、中迫雅由
    • 学会等名
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Measurement of dynamic Stokes shift of lysozyme and its interpretation by molecular dynamics simulation2017

    • 著者名/発表者名
      A. Fukuda, T. Oroguchi, M. Nakasako
    • 学会等名
      第55回生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Cryo-electron microscopy study toward detecting domain motion of glutamate dehydrogenase2017

    • 著者名/発表者名
      Oide, T. Kato, T. Oroguchi, K. Namba, M. Nakasako
    • 学会等名
      第55回生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 細胞のコヒーレントX線回折イメージング2017

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 学会等名
      バイオイメージング学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] X-ray diffraction imaging of biological cells2018

    • 著者名/発表者名
      M. Nakasako
    • 総ページ数
      228
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9784431566168
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] X-ray diffraction imaging of biological cells (Springer Ser. Optic. Sciences Vol. 210)2018

    • 著者名/発表者名
      M. Nakasako
    • 総ページ数
      228
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9784431566168
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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