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2017 年度 実施状況報告書

タンパク質の圧電効果:アロステリーの新機構

研究課題

研究課題/領域番号 16K14715
研究機関早稲田大学

研究代表者

高野 光則  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40313168)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードアロステリック機構 / 圧電応答 / 分子機械
研究実績の概要

29年度は以下の課題に取り組み、それぞれ成果を得ることができた。
(1)「圧電アロステリー」と密接な関係にある「誘電アロステリー」の研究を進めた。これまでの研究でミオシンのアクチン結合領域にATP結合によって駆動される誘電アロステリーが見出されていたが(Sato, Ohnuki, Takano, J. Phys. Chem., 2016)、これと同じATP結合駆動の誘電アロステリーがミオシンのコンバータードメインのにも見られることを明らかにした(Sato, Ohnuki, Takano, J. Chem. Phys. 2017)。さらにこの誘電アロステリーによってレバーアーム部位のリカバリーストロークが駆動されることが分かった。また、分子機能が全く異なる蛋白質(リバースジャイレースおよびcytochrome P450還元酵素)においても誘電アロステリーが分子機能に関与していることが分かってきた。
(2)昨年度に引き続き、アクチンフィラメントに張力を付加したMD計算を行い、表面静電ポテンシャルの変化から圧電アロステリーの解析を行った。さらにアクチンフィラメントの圧電アロステリー(張力印加による表面静電ポテンシャルの変化)がアクチン結合タンパク質との相互作用に与える影響についても研究を進めた(生物物理学会のシンポジウムで発表、論文投稿準備中)。
(3)タンパク質の圧電アロステリーおよび誘電アロステリーは分子間のクーロン相互作用に変化をもたらすものであるため、分子間クーロン相互作用に影響をおよぼすタンパク質周囲の水の物性(特に誘電率と圧縮率)を解析した(論文投稿準備中)。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

MD計算の収束性がまだ十分とは言えず、計算を延長した。また、コントロールとなるデータを得るため、追加のMD計算も行った。

今後の研究の推進方策

延長した計算、およびコントロール計算のデータ解析を行い、解析結果をふまえて圧電アロステリーおよび誘電アロステリーの普遍性を示す。これらは関連する国内・国際学会で発表し、論文としてまとめる。

次年度使用額が生じた理由

追加のMDシミュレーションを実施し、既存のデータとあわせて解析を行うにあたり、研究補助者の人件費として使用。また、解析結果を学会で発表するための旅費、結果をまとめて論文に掲載するための費用も必要となる見込みである。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 2件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Structural and dynamical characteristics of tropomyosin epitopes as the major allergens in shrimp2018

    • 著者名/発表者名
      Ozawa Hideo、Umezawa Koji、Takano Mitsunori、Ishizaki Shoichiro、Watabe Shugo、Ochiai Yoshihiro
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 498 ページ: 119~124

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.02.172

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-range coupling between ATP-binding and lever-arm regions in myosin via dielectric allostery2017

    • 著者名/発表者名
      Sato Takato、Ohnuki Jun、Takano Mitsunori
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 147 ページ: 215101~215101

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5004809

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrostatic balance between global repulsion and local attraction in reentrant polymerization of actin2017

    • 著者名/発表者名
      Ohnuki Jun、Yodogawa Akira、Takano Mitsunori
    • 雑誌名

      Cytoskeleton

      巻: 74 ページ: 504~511

    • DOI

      https://doi.org/10.1002/cm.21391

    • 査読あり
  • [学会発表] 分子機械の圧電アロステリ―:アクチンフィラメントのメカノセンシングの物理機構2018

    • 著者名/発表者名
      大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議
  • [学会発表] 分子機械の誘電アロステリ―:ATP結合によるリバースジャイレースの超らせん導入の物理機構2018

    • 著者名/発表者名
      森竹亮太、佐藤昂人、高野光則
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議
  • [学会発表] アクチンの荷電状態とサブユニット間静電相互作用のpH依存性2018

    • 著者名/発表者名
      山下昴、大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      第7回日本生物物理学会関東支部会
  • [学会発表] アクチンフィラメントの圧電アロステリ―2017

    • 著者名/発表者名
      大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      第7回分子モーター討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechano-electrical communications in actin filament2017

    • 著者名/発表者名
      大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
    • 招待講演
  • [学会発表] Tension-induced electrostatic change in actin: piezoelectricity of an actin filament2017

    • 著者名/発表者名
      大貫隼、淀川良、佐藤昂人、上田太郎、高野光則
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
  • [学会発表] Counter-ion-induced electrostatic change in actin: the balance between global repulsion and local attraction in reentrant polymerization2017

    • 著者名/発表者名
      淀川良、大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
  • [学会発表] 誘電アロステリ―による分子モーターの力発生機構2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤昂人、大貫隼、高野光則
    • 学会等名
      第31回分子シミュレーション討論会
  • [学会発表] シトクロムP450還元酵素の誘電応答が制御する大規模構造変化と電子伝達2017

    • 著者名/発表者名
      飯島美来、佐藤昂人、森竹亮太、高野光則
    • 学会等名
      第31回分子シミュレーション討論会
  • [図書] The Role of Water in ATP Hydrolysis Energy Transduction by Protein Machinery (M. Suzuki Ed.)2018

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Takano
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      Springer
  • [図書] 分子マシンの科学2017

    • 著者名/発表者名
      日本化学会編
    • 総ページ数
      200
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      978-4-7598-1386-9

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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