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本年度は P2X4 レセプターを対象にクライオ電子顕微鏡像フレキシブルフィッティング法によるイオンチャネルの開閉シミュレーションを行った。P2X4 レセプターとは、シナップス伝達に重要な役割を果たしている膜タンパク質で、水溶性ドメインに ATP が結合することによって膜貫通ドメインが開閉し、ナトリウムやカリウム、カルシウムイオンなどを透過させる３量体型のイオンチャネルである。チャネルが開閉する際、膜貫通ヘリックスは傾きながら外側に 3 オングストローム程度シフトすることが分かっている。本研究では、閉じた構造から出発し、開いた状態のクライオ電子顕微鏡像をターゲットとして、水と脂質分子を露に含んだ全原子モデルによるクライオ電顕フィッティングシミュレーションを行った。その結果、X 線結晶構造に見られるようにヘリックスは外側にシフトし、チャネルがもっとも狭い部分の半径は 0.3オングストロームから 3.2 オングストロームまで拡大し、膜貫通領域内において水分子がチャネルを形成する様子が見られた。各サブユニットの膜貫通ヘリックスはほぼ同時に開いていた。また、チャネルが形成される直前と直後は、膜貫通領域には真空のような状態はなく、水分子は開くと同時に瞬間的に膜の内側と外側を接続することが分かった。また、得られた構造をX線結晶構造と比較すると、RMSD はわずか 1.1 オングストロームであり、X線結晶構造は水分子を透過させる開状態であることも実証した。
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