蛋白質機能発現のダイナミカルモデリング

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14015212
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 笹井 理生 名古屋大学, 大学院・人間情報学研究科, 教授 (30178628)
• キーワード: エネルギーランドスケープ / 蛋白質フォールディング / 粗視化された分子動力学モデル / 蛋白質の水和構造 / 統計力学的モデル

研究概要

本研究では、蛋白質の構造変化のダイナミクスを理解することが機能分析の鍵を握ると考え、ナノ秒-マイクロ秒-ミリ秒の階層的時間スケールでのダイナミクスを系統的に扱い、機能解析、予測への方法論を構築することを目的としていた。とりわけ、構造変形の合理的な自由エネルギー曲面のモデルを構築し、この曲面上の運動を分析、分類することにより機能を解析するアプローチを重視した。
上述の目的を達成するため、粗視化された分子動力学計算法の開発に重点を置いた研究を実施した。すなわち、側鎖の自由度を無視してα炭素、あるいはβ炭素のみを考え、複数の結晶構造や中間体がエネルギー極小となるようにポテンシャルを設計し、分子動力学シミュレーションを実行した。この方法により、βシートを含む数10残基程度の大きさの蛋白質のフォールディング過程をシミュレートすることが可能となった。この方法をとくに、アクトミオシン系に適用し機能発現の機構を説明するためのモデルの開発が続けられ、機能発現に際してのエネルギーランドスケープの構築が進んだ。また、上述の粗視化された分子動力学計算法に加えて、統計力学的モデルを用いて自由エネルギー面のモデルを構築する研究が行われ、PYPなどシグナル伝達蛋白質について部分的なunfolding-refoldingや大規模変形と機能の相関を示すための方法の開発が進められた。
さらに、蛋白質の周囲の水和構造のダイナミカルな変化が機能発現に及ぼす影響を探るため、水および水溶液の分子動力学計算が行われ、蛋白質の水和を解析する新しい統計的方法について研究が行われた。

研究成果

• [文献書誌] T.N.Sasaki, M.Sasai: "Correlation Between the Conformation Space and the Sequence Space of Peptide Chain"J.Biol.Phys. 28・3. 483-492 (2002)
• [文献書誌] T.P.Terada, M.Sasai, T.Yomo: "Conformational Change of Actomyosin Complex Drives the Multiple Stepping Movement"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 99・14. 9202-9206 (2002)
• [文献書誌] M.Sasai, P.G.Wolynes: "Stochastic Gene Expression as a Many Body Problem"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 100・5. 2374-2379 (2003)
• [文献書誌] 笹井理生, 小松崎民樹, 戸田幹人: "ファネル談義"物性研究. 78・4. 475-509 (2002)
• [文献書誌] 笹井理生, 寺田智樹: "分子進化とフォールディング機構"蛋白質・核酸・酵素. 47・6. 677-683 (2002)