タンパク質複合体の立体構造と機能の予測

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13208010
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 木寺 詔紀 横浜市立大学, 大学院・総合理学研究科, 教授 (00186280)
• 研究分担者: 北尾 彰朗 東京大学, 分子細胞生物研究所, 助教授 (30252422) ; 池口 満徳 横浜市立大学, 大学院・総合理学研究科, 助教授 (60261955)
• キーワード: タンパク質複合体 / タンパク質立体構造 / タンパク質機能 / ダイナミックプログラミング / 確率的アラインメント法 / 線形応答理論 / ダイナミクス / 中性子散乱

研究概要

タンパク質複合体の立体構造と機能の予測を目指した研究を異なった三つの方向から行った。
バイオインフォマティクス研究(木寺担当):機能同定における最も重要な方法であるダイナミックプログラミングを有限温度に拡張した確率的アラインメント法という相同性検索の方法を開発した。この方法は、比較においてふたつの配列のみを用い、相同配列を用いることがないにもかかわらず、ダイナミックプログラミングの標準法であるBLASTをはるかに超える検出感度を与えるものである。従って、相同配列が見つからないgeneに関しては、psi-BLASTよりも高精度で相同性検索をすることが可能である。
分子シミュレーション研究(池口担当):基質認識における一般論としての線形応答理論の開発を行っている。昨年度は、2面角形への拡張を行った。多くの場合構造変化は、回転運動として起こるため、従来の直交座標系の直線的なベクトル表記の線形応答理論ではずれが出てきてしまう。それを改善するために、摂動は直線ベクトルで、応答は2面角形でという方法を開発した。
実験情報とシミュレーションを用いた研究(北尾担当):中性子散乱スペクトルから機能に関わるダイナミクス情報を抽出するためた分子シミュレーションを用いて蛋白質中性子散乱スペクトルが直接計算し、蛋白質の機能と関わる立体構造ダイナミクスを観測するのに必要な中性子散乱実験の分光器の解像度や配置についての詳細なデータを示すことで、装置設計への重要な寄与をした。また、アミノ酸変異によるヒト・リゾチームの立体構造安定性の変化を自由エネルギー摂動法によって計算し、安定性変化のメカニズムを詳細に解析した。

研究成果

• [文献書誌] R.Koike, K.Kinoshita, A.Kidera: "Probabilistic Description of Protein Alignments for Sequences and Structures"Proteins, Struct.Funct.Genet.. 55(In press). (2004)
• [文献書誌] M.Ikeguchi: "Partial rigid-body dynamics in NPT, NPAT and NPgT ensembles for proteins and membranes"J.Comput.Chem.. 25. 529-541 (2003)
• [文献書誌] J.Funahashi, Y.Sugita, A.Kitao, K.Yutani: "How can free energy component analysis explain the difference in protein stability caused by amino acid substatutions? Effect of three hydrophobic mutations at the 56th residue on the stability of human lysozyme."Protein Engineering. 16. 665-671 (2003)
• [文献書誌] Y.Joti, A.Kitao, N.Go: "Molecular simulation study to examine the possibility of detecting collective motion in protein by inelastic neutron scattering."Physica B. (In press). (2004)