蛋白質の遅い揺らぎを捉えるための粗視化モデル

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14780506
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高野 光則 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助手 (40313168)
• キーワード: 蛋白質 / 揺らぎ / 分子動力学シミュレーション / 粗視化モデル / 分子モーター / アクトミオシン / 構造機能相関 / エネルギー変換

研究概要

蛋白質の遅い揺らぎが原子レベルの詳細を捨象した粗視化モデルでどの程度忠実に再現できるか、という問いに答えるべく、従来から行つてきたペプチド鎖のhelix-coil転移を例にとって、いわゆる動的Isingモデルと呼ばれる高度に粗視化されたモデルの適用可能性を検証した。極度な粗視化によって分子ダイナミクスに大きな歪みが生じることが分かったが、同時に、この歪みが何に起因し、どうすれば補正可能かも明らかにできた[Takano et al.(2003)]。次に、粗視化の度合いを一段階緩め、ペプチド鎖の連結性や立体構造情報を含んだ粗視化モデル(格子Go model)のモンテカルロ計算によって、モデル蛋白質のfolding過程を対象に研究を行った。Folding kineticsの計算結果は実験結果と概ね一致し、さらに、これまで知られていなかった新しいタイプfolding過程(squeezed exponential kinetics)が見いだされた[Nakamura et al.(2004)]。この新規folding過程が単なるモデルのアーティファクトでないことを示すため、粗視化の度合いをさらに一段階緩め、「格子」という粗視化条件を取り払ったモデルの分子動力学計算を行った[Nakamura et al.(2004)]。このレベル/クラスの粗視化モデル、すなわちoff-lattice Goモデルは、前年度に実施した天然構造の遅い揺らぎに関する研究からも、その有用性が実証されてきた[Takano et al.(2003)]。今年度の研究では、この粗視化モデルを使用した非平衡分子動力学シミュレーションによって、分子モーター・アクトミオシンの動作原理解明に向けた研究を行った[2003年度生物物理学今年会(新潟)・分子モーターセッションにて口頭発表]。

研究成果

• [文献書誌] Mitsunori Takano: "Investigating a link between all-atom model simulation and the Ising-based theory on the helix-coil transition : Non-stationary property"Journal of Chemical Physics. 118. 10312-10322 (2003)
• [文献書誌] Hironori K. Nakamura: "Squeezed exponential kinetics to describe a nonglassy downhill foldings as observed in a lattice protein model"PROTEINS : Structure, Function, and Bioinformatics. 55. 99-106 (2004)
• [文献書誌] Hironori K. Nakamura: "Scrutinizing the squeezed exponential kinetics observed in the folding simulation of an of off-lattice Go-like protein model"Chemical Physics. in press. (2004)
• [文献書誌] John A. Rose: "A DNA computing-based genetic program for in vitro protein evolution via constrained pseudo-module shuffling"Genetic Programming and Evolvable Machines. 4. 139-152 (2003)
• [文献書誌] John A. Rose: "A PNA-mediated whiplash PCR-based program for in vitro protein evolution"Lecture Note in Computer Science. 2568. 47-60 (2003)
• [文献書誌] Mitsunori Takano: "Molecular dynamics simulation using coarse-grained model to study protein function and beyond"Proceedings of the IEEE Congress on Evolutional Computation. 4. 2719-2726 (2003)