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Pループ型ATP加水分解酵素の機能発現機構の解明

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 23118713
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
研究機関横浜市立大学

研究代表者

池口 満徳  横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科, 准教授 (60261955)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)
2012年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
2011年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
キーワードPループ / ATP加水分解酵素 / 相同組換え / RecA/Rad51/RadA / 分子動力学 / アルギニンフィンガー / Pループ / Swi5/Sfr1 / F1-ATPase / 水のエントロピー
研究実績の概要

本研究は,Pループ型ATP加水分解酵素の機能発現機構について,分子シミュレーション等の計算科学的手法を用いて解析することを目的としている.
平成24年度には,DNA相同組換えで働くPループ型ATP加水分解酵素であるRad51について,分子構造モデリングと分子動力学シミュレーションを行い,論文として,Biophysical Journal誌に出版することができた.Rad51の原子レベルの立体構造はX線結晶解析により得られているが,モノマー間の界面にはATPは存在せず,電子顕微鏡研究などで得られている活性型の構造とは言えない.そこで,まず,フィラメントの最小単位である2量体について,古細菌の類縁タンパク質であるRadAの結晶構造を参照して分子構造モデリングを行い,全原子分子動力学シミュレーションを遂行した.その結果,ATPのγリン酸部位では,安定な活性型構造を維持するのに,カリウムイオンが必須であり,隣接モノマーのH352, D374と相互作用ネットワークを形成していることを見出した.このようなカリウムイオンの相互作用は,他のPループ型ATP加水分解酵素におけるアルギニンフィンガーと類似の機能を果たしているように示唆された.さらに,もうひとつの活性型構造を維持するメカニズムとして,ATPのアデニン環が,R228と, 隣接モノマーにあるP379に挟まれるように相互作用することも見出した.このように,ATPがモノマー間の「糊」として働いており,活性型構造を安定化していることを明らかにした.
また,領域内の液体統計力学解析の専門家と共同研究を行い,溶媒効果,特に水のエントロピー解析を発展させ,他のPループ型ATP加水分解酵素であるF1-ATPaseについて,分子動力学シミュレーションと統計力学解析を基に動作メカニズムを提案した.

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Molecular Modeling and Molecular Dynamics Simulations of Recombinase Rad512013

    • 著者名/発表者名
      Y. Kokabu, M. Ikeguchi
    • 雑誌名

      Biophys. J

      巻: 104 号: 7 ページ: 1556-1565

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2013.02.014

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulations of Yeast F1-ATPase Before and After 16-degree Rotation of the Gamma Subunit2013

    • 著者名/発表者名
      Yuko Ito, Takashi Yoshidome, Nobuyuki Matubayashi, Masahiro Kinoshita, Mitsunori Ikeguchi
    • 雑誌名

      The journal of Physical Chemistry B

      巻: 117 号: 12 ページ: 3298-3307

    • DOI

      10.1021/jp312499u

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanistic insights into the activation of Rad51-mediated strand exchange from the structure of a recombination activator, the Swi5-Sfr1 complex2013

    • 著者名/発表者名
      N.Kuwabara, Y.Murayama, H.Hashimoto, Y.Kokabu, M.Ikeguchi, M.Sato, K.Mayanagi, Y.Tsutsui, H.Iwasaki,and T.Shimizu
    • 雑誌名

      Structure

      巻: 20 号: 3 ページ: 440-449

    • DOI

      10.1016/j.str.2012.01.005

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural Characteristics of Yeast F_1-ATPase Before and After 16-degree Rotation of the γ Subunit : Theoretical Analysis Focused on the Water-Enrtopy Effect2012

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yoshidome, Yuko Ito, Nobuyuki Matubayashi, Mitunori Ikeguchi, Masahiro Kinoshita
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 137 号: 3 ページ: 8-8

    • DOI

      10.1063/1.4734298

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of Experimentally Determined Native-Structure Models of a Protein Using Energetic and Entropic Components of Free-Energy Function2012

    • 著者名/発表者名
      H. Mishima, S. Yasuda, T. Yoshidome, H. Oshima, Y. Harano, M. Ikeguchi, M. Kinoshita
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B

      巻: 116 号: 27 ページ: 7776-7786

    • DOI

      10.1021/jp301541z

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fission yeast Swi5-Sfr1 protein complex, an activator of Rad51 recombinase, forms an extremely elongated dogleg-shaped structure2011

    • 著者名/発表者名
      Kokabu Y, Murayama Y, Kuwabara N, Oroguchi T, Hashimoto H, Tsutsui Y, Nozaki N, Akashi S, Unzai S, Shimizu T, Iwasaki H, Sato M, Ikeguchi M
    • 雑誌名

      J Biol Chem

      巻: 286 号: 50 ページ: 43569-43576

    • DOI

      10.1074/jbc.m111.303339

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crucial Importance of Water-Entropy Effect for Predicting Hot Spots in Protein-Protein Complexes2011

    • 著者名/発表者名
      H.Oshima, S.Yasuda, T.Yoshidome, M.Ikeguchi, M.Kinoshita
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 13 号: 36 ページ: 16236-16246

    • DOI

      10.1039/c1cp21597c

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Molecular modeling and molecular dynamics simulations of recombinase Rad512013

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kokabu, Mitsunori Ikeguchi
    • 学会等名
      57th Annual Meeting of Biophysical Society
    • 発表場所
      Philadelphia, USA
    • 年月日
      2013-02-02
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Molecular dynamics simulations of Rad51 recombinase2012

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Ikeguchi
    • 学会等名
      The 2nd International conference on New frontier of the research in RecA-family recombinase and its accessory proteins -RecA family 2012-
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2012-11-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーションによる Rad51リコンビナーゼの分子モデリンク2012

    • 著者名/発表者名
      小甲 裕一、池口 満徳
    • 学会等名
      日本蛋白質科学会第12回年会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-06-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical study on rotational mechanism of F1 molecular motor and a symmetric structures2011

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Ikeguchi
    • 学会等名
      日本生物物理学会第49回年会
    • 発表場所
      姫路(招待講演)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Molecular modeling of Rad51 recombinase using molecular dynamics simulations2011

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kokabu, Mitsunori Ikeguchi
    • 学会等名
      日本生物物理学会第49回年会
    • 発表場所
      姫路
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] A theoretical analysis on water-entropy change in yeast F1-ATPase during 16 degrees rotation of gamma subunit2011

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yoshidome, Mitunori Ikeguchi, Masahiro Kinoshita
    • 学会等名
      日本生物物理学会第49回年会
    • 発表場所
      姫路
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Crucial Importance of Water-Entropy Effect for Hot Spots in Protein-Protein Complexes2011

    • 著者名/発表者名
      Hiraku Oshima, Satoshi Yasuda, Takashi Yoshidome, Mitsunori Ikeguchi, Masahiro Kinoshita
    • 学会等名
      日本生物物理学会第49回年会
    • 発表場所
      姫路
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] A novel rotation mechanism of F1-ATPase based on the water-entropy effect2011

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yoshidome, Yuko Ito, Nobuyuki Matubayasi, Mitunori Ikeguchi, Masahiro Kinoshita
    • 学会等名
      56th Annual Meeting of Biophysical Society
    • 発表場所
      姫路
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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