タンパク質構造形成の高次構造依存性の解明と高次構造依存型分子力場の開発

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K07325
• 研究機関: 広島市立大学
• 研究代表者: 鷹野 優 広島市立大学, 情報科学研究科, 教授 (30403017)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 水素結合 / タンパク質 / 高次構造 / 構造形成 / 分子力場

研究実績の概要

タンパク質は、それぞれの特異な機能に適した三次元構造を形成している。αヘリックスやβシートなどの二次構造はそのような三次元構造を構成する重要な基本ブロックであり、その形成には水素結合などの相互作用が強く関わっている。このような相互作用を定量的に見積もることはタンパク質の三次元構造形成原理の理解を深めるのに加えて、タンパク質のふるまいを正確に記述する分子力場の開発にも役立つと考えられる。
本年度は、タンパク質の二次構造中の水素結合エネルギーを定量的に見積もることでタンパク質の立体構造形成原理の理解することを目的として，αヘリックスにおける主鎖原子間の相互作用を量子化学計算により詳細に評価した．αヘリックスについて3つのモデル、①α-helical structure(AH)モデル・②Single turn(ST)モデル・③Minimal hydrogen bond(MH)モデル、を用いた。
その結果、AHモデル、STモデル、MMともにMHモデルの水素結合エネルギーとよく相関していた。AHモデルとSTモデルで水素結合がMHモデルより弱いのは、隣接する残基との相互作用の影響と考えられる。MMの値はMHモデルに近く、分子力場は水素結合エネルギーを過大評価することが示唆された。またSE値もMHモデルの値とよく相関しており、N末端を除いてそれらの差は一定であった。つまり、分子力場では水素結合エネルギーが過大評価されることが示され、その原因は隣接残基との相互作用による分極の影響が考慮されないためであることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Hydrogen bond donors and acceptors are generally depolarized in ホア窶辛elices as revealed by a molecular tailoring approach (2019)
  • 著者名/発表者名: *H. X. Kondo, A. Kusaka, C. K. Kitakawa, J. Onari, S. Yamanaka, H. Nakamura, *Y. Takano
  • 雑誌名: Journal of Computational Chemistry 巻: 40 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1002/jcc.25859
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantitative Assessment of rPM6 for Fluorine- and Chlorine-Containing Metal Complexes: Comparison with Experimental, First-Principles, and Other Semiempirical Results (2018)
  • 著者名/発表者名: *T. Saito, M. Fujiwara, Y. Takano
  • 雑誌名: Molecules 巻: 23 ページ: 3332
  • DOI: 10.3390/molecules23123332
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transition State Search Using rPM6: Iron- and Manganese-Catalyzed Oxidation Reactions as a Test Case (2018)
  • 著者名/発表者名: *T. Saito, Y. Takano
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 91 ページ: 1377-1389
  • DOI: 10.1246/bcsj.20180119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Statistical and quantum-chemical analysis of the effect of heme porphyrin distortion in heme proteins: Differences between oxidoreductases and oxygen carrier proteins (2018)
  • 著者名/発表者名: *Y. Kanematsu, H. X. Kondo, Y. Imada, Y. Takano
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 710 ページ: 108-112
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2018.08.071
  • 査読あり
• [雑誌論文] rPM6 parameters for phosphorous and sulphur-containing open-shell molecules open-shell molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: *T. Saito, Y. Takano
  • 雑誌名: Molecular Physics 巻: 116 ページ: 602-610
  • DOI: 10.1080/00268976.2017.1377849
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational Study on Atomic Structures, Electronic Properties, and Chemical Reactions at Surfaces and Interfaces and in Biomaterials (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Takano, N. Kobayashi, Y. Morikawa
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 61013
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.061013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Molecular dynamics study of structural fluctuations in CDR-H3 of anti-HIV antibodies PG9 andツ?PG16 (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoki Tanabe, Ryo Kiribayashi, Hiroko X. Kondo, Daisuke Kuroda, Toru Saito, Jiro Kohda, Akimitsu Kugimiya, Yasuhisa Nakano, Kosuke Tsumoto, Yu Takano
  • 学会等名: The 59th Sanibel Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] αヘリックス構造における相互作用エネルギーの理論解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 近藤寛子・草鹿あゆみ・中村 春木・鷹野優
  • 学会等名: 第32回分子シミュレーション討論会
• [学会発表] Molecular dynamics study of structural changes in CDR-H3 of anti-HIV antibodies PG9 andツ?PG16 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田邊直己・桐林遼・近藤寛子・黒田大祐・齋藤徹・香田次郎・釘宮章光・中野靖久・鷹野優
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 分子動力学法を用いた抗HIV中和抗体PG9とPG16の構造変化の比較 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田邊直己・桐林遼・近藤寛子・黒田大祐・齋藤徹・香田次郎・釘宮章光・中野靖久・鷹野優
  • 学会等名: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Molecular dynamics study of structural fluctuations in CDR-H3 of anti-HIV antibodies PG9 and PG16 (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Tanabe, Ryo Kiribayashi, Hiroko X. Kondo, Daisuke Kuroda, Toru Saito, Jiro Kohda, Akimitsu Kugimiya, Yasuhisa Nakano, Kosuke Tsumoto, Yu Takano
  • 学会等名: Asian Biophysics Association Symposium in conjunction with the Australian Society for Biophysics Meeting (ABA-ASB)
  • 国際学会