| 研究領域 | 「生命金属科学」分野の創成による生体内金属動態の統合的研究 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H04813
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
兼松 佑典 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (10765936)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 量子化学計算 / 統計解析 / アクチン / ATP加水分解 / 機械学習 / 金属錯体 / ヘムタンパク質 / 量子化学 / 統計科学 / データベース / 構造-物性-機能相関 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、データベースを用いた「構造-機能相関解析」に対して、量子化学計算で得られる各種物性値を仲立ちさせる「構造-物性-機能相関解析」というアプローチの実用性を検証・改良することを目的として、ヘムタンパク質をはじめとした金属含有酵素の反応活性を解析する。また全く異なる２つタンパク質に同様のスキームを適応させるための試行錯誤を通して、より広範なタンパク質系に適用可能な、「個性決定因子同定」の方法論を開拓する。
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| 研究実績の概要 |
アクチンは低速のATP加水分解活性を有することが知られており、物質輸送、細胞分裂、シナプス形成といった筋細胞外での動的な生理現象に寄与している。活性部位にあるMg2+をCa2+に置換すると反応速度がさらに低下することが知られており、その解析によってATPaseの反応速度制御に関する詳細な知見が得られると期待される。当該年度の研究ではアクチンのATP加水分解反応の解析を通して、データベース解析と量子化学計算を相補的に活用する方法について検討した。
ATPアナログ結合アクチンの結晶構造のMg2+をCa2+に置換したQM/MMモデルを用いて加水分解反応のエネルギープロファイルを評価し、昨年度に報告したMg体のものと比較を行った。その結果、Ca置換によって、Mg体で律速段階であったプロトン移動の遷移状態の反応障壁が大幅に低下することがわかった。これはむしろ反応が速くなることに対応するため、単にMg2+とCa2+の金属イオンの違いだけでは実験事実は説明付けられないことがわかった。障壁低下の原因を解析した結果、ATPのγ位から脱離したメタフォスフェイト（PO3-）がMgに対しては反応中一貫して一座で配位しているのに対し、Ca体ではTS4の段階で二座配位となって安定化すること、つまりCa体では金属イオン周りの配位数6と7が両方存在可能であることが明らかになった。そこでPDBに登録されているATPアナログを配位したCaの配位子の分布を解析したところ、Caは7配位の構造が最も多く、かつ１つのリン酸基で二座配位する構造はほどんど見出されないことがわかった。したがって、Ca置換後に追加の水分子あるいは周辺残基が配位座を埋めることでリン酸やメタフォスフェイトの二座配位を阻害し、上記のモデル計算とは大きく異なるエネルギープロファイルになることが示唆された。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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