計算科学による核内タンパク質天然変性状態の構造多型解析

2013 年度 研究成果報告書

• 研究領域: 天然変性タンパク質の分子認識機構と機能発現
• 研究課題/領域番号: 21113006
• 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: 生物系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 肥後 順一 大阪大学, たんぱく質研究所, 特任研究員 (80265719)
• 研究分担者: 高野 光則 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40313168) ; 菊池 誠 大阪大学, サイバーメディアセンター, 教授 (50195210)
• 研究期間 (年度): 2009-07-23 – 2014-03-31
• キーワード: フォールディング / ドッキング / 自由エネルギー地形

研究概要

天然変性蛋白質の「折れたたみとカップルした結合」の機構を、計算機実験によって解明した。計算対象（天然変性蛋白質とパートナー分子、およびそれを取り囲む多数の溶媒分子）を全原子モデルで表現し、効率的構造探索法であるマルチカノニカル分子動力学を行った。それにより、折れたたみとカップルした結合過程の詳細な自由エネルギー地形を可視化した。実験的に決定された複合体構造以外にも、短い寿命の多様な複合体構造の存在を示した。得られた自由エネルギー地形をより大きな観点から理解するために、粗視化モデルでのサンプリングを行った。複数の準安定な複合体の間の構造遷移を、競合性と協調性の概念から表現した。

研究成果

• [雑誌論文] Coupling of Lever Arm Swing and Biased Brownian Motion in Actomyosin (2014)
  • 著者名/発表者名: Nie, QM., Togashi, A., Sasaki, TN., Takano, M., Sasai, M., Terada, TP
  • 雑誌名: PLoS Comput Biol 巻: 10 ページ: e1003552
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1003552
  • 査読あり
• [雑誌論文] A virtual-system coupled multicanonical molecular dynamics simulation : Principle and its application to free-energy landscape of protein-protein interaction with an all-atom model in explicit solvent (2013)
  • 著者名/発表者名: Higo, J., Umezawa, K., Nakamura, H
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 138 ページ: 184106
  • DOI: 10.1063/1.4803468
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural flexibility of intrinsically disordered proteins induces stepwise target recognition (2013)
  • 著者名/発表者名: Shirai, N.C., Kikuchi, M
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 139 ページ: 225103
  • DOI: 10.1063/1.4838476
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frustration-induced protein intrinsic disorder (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsushita, K., Kikuchi, M
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 138 ページ: 105101
  • DOI: 10.1063/1.4794781
  • 査読あり
• [雑誌論文] Virtual states introduced for overcoming entropic barriers in conformational space (2012)
  • 著者名/発表者名: Higo, J., Nakamura, H
  • 雑誌名: Biophysics 巻: 8 ページ: 139-144
  • DOI: 10.2142/biophysics.8.139
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced and effective conformational sampling of protein molecular systems for their free energy landscapes (2012)
  • 著者名/発表者名: Higo, J., Ikebe, J., Kamiya, N., Nakamura, H
  • 雑誌名: Biophysical Rev 巻: 4 ページ: 27-44
  • DOI: 10.1007/s12551-011-0063-6
• [雑誌論文] Conformational Ensembles of an Intrinsically Disordered Protein pKID with and without a KIX Domain in Explicit Solvent Investigated by All-Atom Multicanonical Molecular Dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: Umezawa, K., Ikebe, J., Takano, M., Nakamura, H., Higo, J
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 2 ページ: 104-121
  • DOI: 10.3390/biom2010104
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Free-energy Landscape for Coupled Folding and Binding of an Intrinsically Disordered Protein in Explicit Solvent from Detailed All-atom Computations (2011)
  • 著者名/発表者名: Higo, J., Nishimura, Y., Nakamura, H
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 133 ページ: 10448-10458
  • DOI: 10.1021/ja110338e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory for Trivial Trajectory Parallelization of Multicanonical Molecular Dynamics and Application to a Polypeptide in Water (2011)
  • 著者名/発表者名: Ikebe, J., Umezawa, K., Kamiya, N., Sugihara, T., Yonezawa, Y., Takano, Y., Nakamura, H., Higo, J
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 巻: 32 ページ: 1286-1297
  • DOI: 10.1002/jcc.21710
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unidirectional Brownian motion observed in an in silico single molecule experiment of an actomyosin motor (2010)
  • 著者名/発表者名: Takano, M., Terada, T.P., Sasai, M
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 107 ページ: 7769-7774
  • DOI: 10.1073/pnas.0911830107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Residue network in protein native structure belongs to the universality class of a three-dimensional critical percolation cluster (2009)
  • 著者名/発表者名: Morita, H., Takano, M
  • 雑誌名: Phys. Rev 巻: E 79 ページ: 020901®
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.79.020901
  • 査読あり
• [図書] Free-energy landscape of Intrinsically disordered proteins investigated by all-atom multicanonical molecular dynamics, Chapter 14 in "Protein Conformational Dynamics" (Han, K., Zhang, X., and Yang, M.eds.) Advances in Experimental Medicine and Biology 805 (2014)
  • 著者名/発表者名: Higo, J., Umezawa, K
  • 総ページ数: 331-351
  • 出版者: Springer
• [備考]
  • URL: http://www.tsurumi.yokohama-cu.ac.jp/IDP/