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コイルドコイル内の反応空間制御による人工銅蛋白質の機能制御に向けた理論設計

公募研究

研究領域コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス
研究課題/領域番号 25104717
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 理工系
研究機関大阪大学

研究代表者

鷹野 優  大阪大学, たんぱく質研究所, 助教 (30403017)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2014年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード人工蛋白質 / コイルドコイル / 密度汎関数法 / モデリング
研究実績の概要

本年度は、(i)4本鎖コイルドコイル蛋白質への内部制御によるヘモシアニン様二核銅活性部位の導入を目指した理論モデリングと、(ii)人工蛋白質の理論設計に必要な蛋白質の基本ブロックであるαヘリックスやβシート形成に関わる相互作用の解明を実施した。
(i)に関しては、以前のパープル銅二核中心の導入の際にCysが重要な役割をした経験、タコヘモシアニンではCysが銅イオンの取り込みに寄与するという知見をもとに、まずヘモシアニンで銅イオンに配位するHisの近傍にCysをおき、取り込みを促進させる戦略をとった。実験による実証実験では、Cysがない場合では銅イオンが一個しか入らなかったが、Cysを導入することでICP測定により1.65等量の銅イオンが確認された。しかしながらこの人工蛋白質の理論モデリングでは、銅イオン間距離が約7オングストロームとかなり離れていた。そこでHisの位置をかえることにより、銅イオン間距離が約4オングストロームとデオキシ型に近いヘモシアニン様二核銅活性部位のモデリングができた。今後はこの理論モデリングに基づいた実験による実証を行っていく。
(ii)に関しては、昨年までの方法ではαヘリックス内の水素結合とβシート内の水素結合を同じ方法で定量化できていない。そこでMolecular Tailoring Approach(MTA)という解析法を使って定量化を試みた。結果、αヘリックスに比べてβシートの方が短く、相互作用の強い水素結合を与えることがわかった。これはβシートではβストランド同士がほぼ独立しているため、水素結合エネルギーが最大になるようにストランド同士が相互作用できるが、αヘリックスでは水素結合を形成するN-H基とC=O基が短い共有結合でつながっているおり、構造の制約のためであることが判明した。またβシートでも平行型より反平行型の方が水素結合が直線上にできやすいため安定化することも明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (16件) (うち招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Mg2+-dependent interaction between ATP and the cystathionine-β-synthase (CBS) domains of ancient conserved domain protein/cyclin M (CNNM)2014

    • 著者名/発表者名
      Hirata, Yusuke; Funato, Yosuke; Takano, Yu; Miki, Hiroaki
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluctuation Flooding Method (FFM) for accelerating conformational transitions on proteins.2014

    • 著者名/発表者名
      Ryuhei Harada, Yu Takano, Yasuteru Shigeta
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 140 号: 12 ページ: 125103-125103

    • DOI

      10.1063/1.4869594

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] H_20_2-dependent Substrate Oxidation by an Engineered Diiron Site in a Bacterial Hem erythrin2014

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Okamoto, Akira Onoda, Himshi Sugimoto, Yu Takano, Shun Hirota, Donald M. Kurtz, Jr., Yoshitsugu Shiro, Takashi Hayashi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 50 号: 26 ページ: 3421-3423

    • DOI

      10.1039/c3cc48108e

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Density functional study of the phosphodiester hydrolysis of RNA in RNA/DNA hybrid by RNase H2014

    • 著者名/発表者名
      Kita M, Nakamura H, Takano Y
    • 雑誌名

      Mol. Phys

      巻: 112 号: 3-4 ページ: 355-364

    • DOI

      10.1080/00268976.2013.820854

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulations Accelerated by GPU for Biological Macromolecules with a Non-Ewald Scheme for Electrostatic Interactions2013

    • 著者名/発表者名
      Mashimo T, Fukunishi Y, Kamiya N, Takano Y, Fukuda I, Nakamura H
    • 雑誌名

      J. Chem. Theory Comput

      巻: 9 号: 12 ページ: 5599-5609

    • DOI

      10.1021/ct400342e

    • NAID

      120005604144

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal Structure, Exogenous Ligand Binding and Redox Properties of an Engineered Diiron Active Site in a Bacterial Hemeythrin2013

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Okamoto, Akira Onoda, Hiroshi Sugimoto, Yu Takano, Shun Hirota, Donald M. Kurtz, Jr., Yoshitsugu Shiro, Takashi Hayashi
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 52 号: 22 ページ: 13014-13020

    • DOI

      10.1021/ic401632x

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum chemical study of conformational preferences in intermediates and transition states of the hydrolysis of dimethyl phosphate2013

    • 著者名/発表者名
      Takano, Yu; Kita, Makoto; Nakamura, Haruki
    • 雑誌名

      J. Phys. Conf. Ser.

      巻: 454 ページ: 12058-12058

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluations of the conformational search accuracy of CAMDAS using experimental three-dimensional structures of protein-ligand complexes2013

    • 著者名/発表者名
      Oda, Akifumi; Yamaotsu, Noriyuki; Hirono, Shuichi; Takano, Yu; Fukuyoshi Shuichi; Nakagaki, Ryoichi; Takahashi, Ohgi
    • 雑誌名

      J. Phys. Conf. Ser.

      巻: 454 ページ: 12028-12028

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Theoretical analysis of molecular interactions in secondary structures of proteins2014

    • 著者名/発表者名
      鷹野優・草鹿あゆみ・中村春木
    • 学会等名
      第52回生物物理学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2014-09-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 蛋白質の二次構造に関わる相互作用の理論解析2014

    • 著者名/発表者名
      鷹野優・草鹿あゆみ・中村春木
    • 学会等名
      第8回分子科学討論会2014東広島
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス
    • 年月日
      2014-09-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 密度汎関数法による遷移金属蛋白質活性中心の構造・反応探索における問題ーチロシナーゼ活性中心モデルを例としてー2014

    • 著者名/発表者名
      鷹野優
    • 学会等名
      化学反応経路探索のニューフロンティア2014
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス学士会館
    • 年月日
      2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛋白質の二次構造形成に関わる相互作用に関する理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      鷹野優・中村春木
    • 学会等名
      第14回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      ワークピア横浜/横浜産貿ホール マリネリア
    • 年月日
      2014-06-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] RNaseHIのRNA加水分解反応機構に関する計算科学的研究

    • 著者名/発表者名
      鷹野優・喜多真琴・中村春木
    • 学会等名
      第13回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      とりぎん文化会館
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 電子伝達に働くCuA部位の分子構造-電子構造相関の理論的研究

    • 著者名/発表者名
      鷹野優・重田育照・中村春木
    • 学会等名
      文部科学省科学研究費新学術領域「コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス」平成25年度研究会
    • 発表場所
      東京大学武田ホール
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] リボヌクレアーゼHIの RNA加水分解反応機構に関する計算化学的研究

    • 著者名/発表者名
      鷹野優・喜多真琴・中村春木
    • 学会等名
      第7回分子科学討論会2013京都
    • 発表場所
      京都テルサ
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Quantum chemical study of intra- and inter-molecular interactions in secondary structures

    • 著者名/発表者名
      鷹野優・中村春木
    • 学会等名
      第51回生物物理学会
    • 発表場所
      京都国際会議場
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ブルー銅蛋白質の活性中心の分子構造-電子構造相関の理論的研究

    • 著者名/発表者名
      鷹野優・中村春木
    • 学会等名
      錯体化学会第63回討論会
    • 発表場所
      琉球大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 金属タンパク質中の補欠分子の分子構造-電子構造-機能相関

    • 著者名/発表者名
      鷹野優
    • 学会等名
      第6回協定講座シンポジウム
    • 発表場所
      神戸大学統合研究拠点
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 二次構造形成に関する局所および非局所相互作用に関する計算化学的研究

    • 著者名/発表者名
      鷹野優・中村春木
    • 学会等名
      スーパーコンピュータワークショップ2013
    • 発表場所
      自然科学研究機構 岡崎コンファレンスセンター
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 金属蛋白質中の補欠分子の電子構造の計算化学的研究

    • 著者名/発表者名
      鷹野優
    • 学会等名
      蛋白質研究所セミナー「結晶構造を併用したハイブリッド構造研究の最前線」
    • 発表場所
      大阪大学蛋白質研究所
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛋白質の二次構造形成に関わる相互作用に関する理論的研究

    • 著者名/発表者名
      鷹野優・中村春木
    • 学会等名
      文部科学省科学研究費新学術領域「コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス」平成25年度第2回研究会
    • 発表場所
      東京大学 本郷キャンパス 工学部6号館
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 蛋白質中における金属補欠分子の電子構造制御に関する理論的研究

    • 著者名/発表者名
      鷹野優
    • 学会等名
      計算生命科学WG第3回講演会
    • 発表場所
      筑波大学計算科学研究センター
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical study of local- and nonlocal-molecular interactions in secondary structures

    • 著者名/発表者名
      u Takano, Haruki Nakamura
    • 学会等名
      5th JCS (Japan, Czech, Slovakia) International Symposium on Theoretical Chemistry
    • 発表場所
      Nara
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Density functional study of local and nonlocal molecular interactions in secondary structure

    • 著者名/発表者名
      Yu Takano, Haruki Nakamura
    • 学会等名
      54th Sanibel Symposium
    • 発表場所
      The King and Prince Golf & Beach Resort
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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