マルチドメインタンパク質のフレキシビリティ・相互作用と機能制御機構

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04357
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 北尾 彰朗 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (30252422)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: タンパク質 / ドメイン / フレキシビリティ / 協働性 / 分子シミュレーション

研究実績の概要

本研究では、マルチドメインタンパク質の構造フレキシビリティ、ドメイン間の相互作用と機能の協働性を解明することを目指してきた。具体的には、（１）マルチドメインタンパク質のフレキシビリティを高度な分子シミュレーションによって予測する、（２）異なる機能を持つ複数のドメインから構成されるタンパク質におけるドメイン間の機能の協働性を明らかにする、（３）単量体ではフレキシブルなマルチドメインタンパク質が、集合して多量体を形成するメカニズムを解明する。最終年度はこれらに関して下記の研究成果が得られた。
これまで研究を継続してきたFlhAについては、細菌べん毛の輸送装置を形成するタンパク質FlhAの9量体モデルに関して、類縁蛋白質の多量体構造に基づいて阪大・南野准教授や難波教授らによって構築されたモデルの長時間MDシミュレーションを前年度から継続して300Kおよび315Kで実施し、より長時間のスケールでその構造変化を調べた。その結果、単量体と異なり9量体では（１）全般的にタンパク質の運動はサブユニット間相互作用によって制限されること、（２）サブユニット間の相互作用により温度の効果が弱くなることが確認できた。まだ前年度までに既に得られていた単量体に関する研究成果はStructure誌の発表することができた。
デングウィルスのNS3タンパク質に関しては、機能の協働性解明を目指して、新しいタイプのPaCS-MD(eePaCS-MD)によってドメイン間の運動の解析を行った。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of East Anglia(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of East Anglia
• [国際共同研究] 国立精華大学(その他の国・地域 台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: 国立精華大学
• [雑誌論文] Structural Insights into the Substrate Specificity Switch Mechanism of the Type III Protein Export Apparatus (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoue Yumi、Ogawa Yuya、Kinoshita Miki、Terahara Naoya、Shimada Masafumi、Kodera Noriyuki、Ando Toshio、Namba Keiichi、Kitao Akio、Imada Katsumi、Minamino Tohru
  • 雑誌名: Structure 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.str.2019.03.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Haptic-Assisted Interactive Molecular Docking Incorporating Receptor Flexibility (2019)
  • 著者名/発表者名: Matthews Nick、Kitao Akio、Laycock Stephen、Hayward Steven
  • 雑誌名: Journal of Chemical Information and Modeling 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1021/acs.jcim.9b00112
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dissociation Process of a MDM2/p53 Complex Investigated by Parallel Cascade Selection Molecular Dynamics and the Markov State Model (2019)
  • 著者名/発表者名: Tran Duy Phuoc、Kitao Akio
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 123 ページ: 2469～2478
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b10309
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-strand β-sheet of Alzheimer Aβ(1-40) folds to β-strip helix: implication for protofilament formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayward Steven、Kitao Akio
  • 雑誌名: Journal of Biomolecular Structure and Dynamics 巻: 37 ページ: 2143～2153
  • DOI: 10.1080/07391102.2018.1477626
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Refining evERdock: Improved selection of good protein-protein complex models achieved by MD optimization and use of multiple conformations (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Ai、Takemura Kazuhiro、Matubayasi Nobuyuki、Kitao Akio
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 149 ページ: 195101～195101
  • DOI: 10.1063/1.5055799
  • 査読あり
• [雑誌論文] Similarities and Differences between Thymine(6?4)Thymine/Cytosine DNA Lesion Repairs by Photolyases (2018)
  • 著者名/発表者名: Dokainish Hisham M.、Kitao Akio
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 122 ページ: 8537～8547
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b07048
  • 査読あり
• [雑誌論文] ColDock: Concentrated Ligand Docking with All-Atom Molecular Dynamics Simulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Takemura Kazuhiro、Sato Chika、Kitao Akio
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 122 ページ: 7191～7200
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b02756
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibrational Energy Transfer from Heme through Atomic Contacts in Proteins (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Satoshi、Mizuno Misao、Tran Duy Phuoc、Dokainish Hisham、Kitao Akio、Mizutani Yasuhisa
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 122 ページ: 5877～5884
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b03518
  • 査読あり
• [学会発表] Simulating dissociation and association processes of protein complexes (2019)
  • 著者名/発表者名: 北尾彰朗
  • 学会等名: TSRC workshop on ‘The Role of Fluctuations and Dynamics in Biomolecular Function’
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Investigating dissociation and association mechanisms of protein complexes (2018)
  • 著者名/発表者名: 北尾彰朗
  • 学会等名: The 2nd workshop on ‘Advances in Theory and Computation of Complex Systems --- Biological Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Investigate protein complex formation and dissociation in silico (2018)
  • 著者名/発表者名: 北尾彰朗
  • 学会等名: WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Computational approach to investigate protein complex formation and dissociation (2018)
  • 著者名/発表者名: 北尾彰朗
  • 学会等名: 14th Rencontres du Vietnam Computational Biophysics at the Molecular and Mesoscales
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] PaCS-MDによるタンパク質のダイナミクスと離合集散 (2018)
  • 著者名/発表者名: 北尾彰朗
  • 学会等名: 物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の今と未来」
  • 招待講演
• [学会発表] Differences and similarities in (6-4) Photolyase DNA repair pathways (2018)
  • 著者名/発表者名: Dokainish Hisham, Yamada Daichi, Kandori Hideki, Kitao Akio
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Na+駆動型べん毛モーターPomA/PomBのThr残基のイオン透過における役割：MDシミュレーション結果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 尾上靖宏、岩城雅代、信夫愛、西原泰孝、岩月哲人、寺島浩行、北尾彰朗、神取秀樹、本間道夫
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] ColDock: Concentrated ligand Docking method for an efficient protein-ligand complex structure prediction using all-atom MD (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹村和浩、北尾彰朗
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Refining binding free energies of docked protein-protein complexes by sampling conformations during molecular dynamics simulations (2018)
  • 著者名/発表者名: 信夫愛、竹村和浩、北尾彰朗
  • 学会等名: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] カスケード型超並列シミュレーションで見るタンパク質間結合の圧力依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 畑宏明、西原泰孝、西山雅祥、川岸郁朗、北尾彰朗
  • 学会等名: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] ColDock : 高濃度リガンド条件での全原子 MD シミュレーョンを用いた蛋白質－リガンド複合体構造の効率的な探索手法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹村和浩、北尾彰朗
  • 学会等名: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [備考] 北尾研究室
  • URL: http://www.kitao.bio.titech.ac.jp/
• [備考] 北尾研究室 Web Service and Software Download
  • URL: http://kitao02.bio.titech.ac.jp/