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水の媒介するATPゲートキーパーのシュミレーション

公募研究

研究領域水を主役としたATPエネルギー変換
研究課題/領域番号 21118513
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
研究機関大阪大学

研究代表者

STANDLEY Daron  大阪大学, 免疫学フロンティア研究センター, 特任准教授 (00448028)

研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2010年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2009年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードATP / 基質特異性 / 双極子モーメント / GTP / サクシニルCoAシンテターゼ / 加水分解 / 分子動力学 / 分子ドッキング / タンパク質-ヌクレオチド相互作用 / タンパク工学 / 溶媒和 / 双極子フィールド / 酵素反応速度論
研究概要

酵素と基質の分子認識を説明するFischerの「鍵と鍵穴」モデルは、1世紀以上にわたりほとんど変更なく、Koshlandの「誘導適合」の概念が後に加わっただけである。本研究では「静電気ゲートキーパー」を確認している。それによって基質特異性の制御が追加される。ATP特異的サクシニルCoAシンテターゼ(SCS)において、活性部位のエントランス外の荷電「ゲートキーパー」残基(K60、K128)によって、双極子モーメントがゼロではない基質分子の方向にバイアスがかかることが示される。この効果のコンピューターモデルから得られる突然変異は、SCSにおいてATPからGTPに特異性を>10^4だけ逆転させる。既知のGTP特異的アイソフォーム(V127L、L241F)に対するATP特異的アイソフォームの典型的な活性部位の突然変異は、GTP活性を増強しなかったが、ATP親和性を低下させた。しかし、ゲートキーパー突然変異(K60E、K128D)と組み合わせた場合、ヌクレオチド特異性が完全に逆転し、元の酵素におけるATPの親和性と類似のGTP親和性を伴い、ATP親和性はほぼ検出不可能であった。これらの結果から、活性部位外の荷電残基が適切な分子認識に要求されること、そしてこの要求を利用して、新しい基質特異性を持つ酵素をデザインすることができることが実証される。
ヒト疾患を処置するための新薬の発見には時間と費用がかかる。薬物候補とそのタンパク質受容体の間での結合親和性を予測する能力が向上することによって、新薬発売までに必要な時間、その時間での研究開発(R&D)の費用のいずれも大幅に低減できる。しかし、市販のプログラムにより予測された親和性は、実験での決定値とほとんど相関しない。結合部位外に静電気的な相互作用の効果を含むことにより、広範な薬物候補についての結合親和性の計算を向上できる可能性がある。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2011 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Degree of Pyramidality Governs the Height and Peak position of the Free-Energy-Barrier for the cis-trans Isomerization of N-Methylacetamide2011

    • 著者名/発表者名
      Yonezawa Y, Standley DM
    • 雑誌名

      Chem Phys Lett

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Protein Side Chain Modeling with Orientation Dependent Atomic Force Fields Derived by Series Expansions2011

    • 著者名/発表者名
      Liang S, Standley DM
    • 雑誌名

      J COMPUT CHEM

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ab initio simulation of a 57-residue protein in explicit solvent reproduces the native conformation in the lowest free-energy cluster2011

    • 著者名/発表者名
      Ikebe J, Standley DM
    • 雑誌名

      Protein Science

      巻: 20 ページ: 187-196

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SeSAW : balancing sequence and structural information in protein functional mapping2010

    • 著者名/発表者名
      Standley DM, Yamashita R, Kinjo AR, Toh H, Nakamura H
    • 雑誌名

      Bioinformatics (印刷中)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A single polymorphic amino acid on Toxoplasma gondii kinase ROP16 determines the direct and strain-specific activation of Stat32009

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto M, Standley DM, Takashima S, Saiga H, Okuyama M, Kayama H, Kubo E, Ito H, Takaura M, Matsuda T, Soldati-Favre D, Takeda K
    • 雑誌名

      J Exp Med 206

      ページ: 2747-2760

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Outcome of a workshop on applications of protein models in biomedical research2009

    • 著者名/発表者名
      Schwede T, et al. (23 authors), Standley DM, Stouch T, Vajda S, Vasquez M, Westbrook JD, Wilson IA
    • 雑誌名

      Structure 17

      ページ: 151-159

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Zc3hl2a is an RNase essential for controlling immune responses by regulating mRNA decay2009

    • 著者名/発表者名
      Matsushita K, Takeuchi O, Standley DM, Kumagai Y, Kawagoe T, Miyake T, Satoh T, Kato H, Tsujimura T, Nakamura H, Akira S
    • 雑誌名

      Nature 458

      ページ: 1185-1190

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Membrane attachment facilitates ligand access to the active site in monoamine oxidase A2009

    • 著者名/発表者名
      Apostolov R, Yonezawa Y, Standley DM, Kikugawa GS Takano Y, Nakamura H
    • 雑誌名

      Biochemistry 48

      ページ: 5864-5873

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Restrained docking of protein molecular surfaces2010

    • 著者名/発表者名
      Daron M.Standley
    • 学会等名
      Department of Chemistry Colloquium
    • 発表場所
      Columbia Univ.(U.S.A.)
    • 年月日
      2010-11-08
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] An introduction to protein-protein docking II2009

    • 著者名/発表者名
      Daron M.Standley
    • 学会等名
      Ochanomizu Univ.Predictive Biology lecture series
    • 発表場所
      お茶の水大学
    • 年月日
      2009-11-11
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Functional Annotation using SeSAW2009

    • 著者名/発表者名
      Daron M.Standley
    • 学会等名
      MEI Center lecture series
    • 発表場所
      大阪大学中の島センター
    • 年月日
      2009-11-07
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.ifrec.osaka-u.ac.jp/jpn/laboratory/systemsimmunology/index.php

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

URL: 

公開日: 2009-04-01   更新日: 2018-03-28  

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