膜タンパク質の構造と機能の予測・解析

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12208005
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 美宅 成樹 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10107542)
• 研究分担者: 山登 一郎 東京理科大学, 基礎工学部, 教授 (70111458) ; 倭 剛久 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (90251587) ; 園山 正史 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40242242)
• キーワード: 膜タンパク質 / シミュレーション / タンパク質分類 / 物理的予測 / 膜タンパク質予測 / ドッキング / バクテリオロドプシン / チャネル

研究概要

本研究ではアミノ酸配列から膜タンパク質の構造・機能を推定するための基礎研究と解析ツールの開発を目的としている。本研究では、次の2つの問題を意識して研究を進める。(1)各生物種の持つすべてのアミノ酸配列情報を高速かつ高精度に解析できるようにする。(2)受容体タンパク質やチャネルタンパク質を中心とした膜タンパク質と基質のドッキングの問題が解けると、コンピュータ内で自由に薬のデザインが可能となるので、そうした(製薬)産業からの期待にも答えられるような研究を目指す。国内外で、いくつかのグループが同様な研究を行っているが、私達が開発した膜タンパク質予測ツールのプロトタイプは、5年にわたってよく利用されている。また、基質ドッキングの計算でも新しい方法によって構造変化の計算が可能となっている。本研究の目標は、そのプロトタイプを発展させ、精度の向上、機能を追加させることにより、それを用いたゲノム解析を行うと同時に、分子間相互作用の計算を進めることである。
美宅はアミノ酸配列から膜タンパク質へのアノテーション法と構造・機能予測法の開発を行っているが、シグナルペプチド予測のツールを完成させた。園山は美宅が開発した予測法を今ゲノムに対して適用し、膜タンパク質を中心とした分類により、各生物のゲノムの特徴を検討した。
倭はバクテリオロドプシンやロドプシン内のレチナールが機能発現過程でどのように挙動するかを量子力学的な電子状態変化から計算を行い、構造変化を再現することができた。さらに、山登は三次元構造が解明された膜タンパク質の1つであるポリンでイオン透過の全過程の追跡のシミュレーションを行った。

研究成果

• [文献書誌] K.Imai, S.Mitaku: "Common Pattern of Coarse-Grained Charge Distribution of Structurally Analogous Proteins"Chem-Bio Informatics Journal. 3・4. 194-200 (2004)
• [文献書誌] Y.Yokoyama, M Sonoyama, S.Mitaku: "Inhomogeneous Stability of Bacteriorhodopsin in Purple Membrane against Photobleaching at High Temperature"Proteins : Structure, Function, and Bioinformatics. 54・3. 442-454 (2004)
• [文献書誌] A.Yamada, T.Ishikura, T.Yamato: "Role of Protein in the Primary Step of the Photoreaction of Yellow Protein"Proteins : Structure, Function, and Bioinformatics. 印刷中. (2004)
• [文献書誌] A.Yamada, T.Ishikura, T.Yamato: "Direct Measure of Functional Importance Visualized Atom-by-atom for Photoactive Yellow Protein : Application to Photoisomerization Reaction"Proteins : Structure, Function, and Bioinformatics. 印刷中. (2004)
• [文献書誌] T.Ando, T.Meguro, I.Yamato: "Multiple Time Step Brownian Dynamics for Long Time Simulation of Biomolecules"Mol.Simul.. 29・8. 471-478 (2003)
• [文献書誌] G.Danelon, A.Suenaga, M.Winterhalter, I.Yamato: "Molecular Origin of the Cation Selectivity in OmpF Porin : Single Channel Conductances versus Free Energy Calculation"Biophys.Chem.. 104・3. 591-603 (2003)