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2017 年度 実績報告書

ハロゲン原子の導入によるタンパク質の構造安定化メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K16151
研究機関日本大学

研究代表者

山岸 賢司  日本大学, 工学部, 講師 (90460021)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード人工アミノ酸 / フラグメント分子軌道法 / 相互作用エネルギー / 構造安定化 / ハロゲン原子 / 軌道間相互作用
研究実績の概要

申請者らは、タンパク質を構成する特定のチロシンにハロゲン原子を導入するだけで、構造安定性が大幅に向上することを見出した(Scientific Reports.2015)。本研究は、わずか数個のハロゲン原子導入が引き起こすタンパク質の構造安定化の分子メカニズムを、タンパク質の分子内相互作用の観点で、計算化学的に明らかとすることを目指した。
ハロゲン原子が導入され、タンパク質全体の構造安定性が増大したグルタチオン-S-転移酵素(GST)に対して、フラグメント分子軌道(FMO)計算を行い、その電子状態を解析した。そして、FMO計算に基づくフラグメント間の相互作用エネルギー解析を用いて、GSTを構成するすべてのアミノ酸残基ペアの相互作用エネルギーを算出した。さらに、ハロゲン原子の形成する相互作用を軌道レベルで解析し、構造安定化に対するハロゲン原子の直接的な効果を解析した。特に、ハロゲン原子が導入されたアミノ酸に注目して解析を進めたところ、ハロゲン原子を介してアミノ酸同士の新しい相互作用が生じていることがわかった。次に、アミノ酸残基ペアの相互作用エネルギーを用いて、ハロゲン原子の導入がタンパク質全体の相互作用ネットワークに与える影響を解析し、構造安定化に対するハロゲン原子の間接的な効果を解析した。その結果、ハロゲン原子周辺の局所的な相互作用の変化だけでなく、へリックス-へリックス間など、タンパク質の2次構造間の安定性も高めることがわかった。実験的にはアプローチが難しいタンパク質の分子内相互作用を、計算化学手法により解析し、ハロゲン原子導入によるタンパク質の構造安定化メカニズムを明らかとすることができた。以上の本研究により、タンパク質を分子素材として、様々な分野へ応用する技術基盤を確立することができた。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Selective release of miRNAs via extracellular vesicles is associated with house-dust mite allergen-induced airway inflammation2017

    • 著者名/発表者名
      Gon Y.、Maruoka S.、Inoue T.、Kuroda K.、Yamagishi K.、Kozu Y.、Shikano S.、Soda K.、Lotvall J.、Hashimoto S.
    • 雑誌名

      Clinical & Experimental Allergy

      巻: 47 ページ: 1586~1598

    • DOI

      10.1111/cea.13016

    • 査読あり
  • [学会発表] 分子動力学計算による修飾核酸オリゴマーの立体構造解析2018

    • 著者名/発表者名
      山崎翔・関口真裕・山岸賢司
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] RNA アプタマーとAML1 タンパク質の結合メカニズムに対する分子シミュレーション解析2018

    • 著者名/発表者名
      増川恵介・関口真裕・山岸賢司
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] RNAアプタマーと標的タンパク質の分子間相互作用解析2018

    • 著者名/発表者名
      吉田尚恵・山岸賢司・都築誠二
    • 学会等名
      SATテクノロジー・ショーケース2018
  • [学会発表] 生体分子シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      山岸賢司
    • 学会等名
      第60回日本大学工学部学術研究報告会
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーションによる修飾核酸の動的構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      関口真裕・山岸賢司
    • 学会等名
      第60回日本大学工学部学術研究報告会
  • [学会発表] Structure and Dynamics of RNA Aptamer to Human Immunoglobulin G2017

    • 著者名/発表者名
      Hisae Yoshida, Masahiro Sekiguchi, Keisuke Masukawa, Sho Yamazaki, Emire Inomata, Kazumasa Akita, Takeshi Ishikawa, Taiichi Sakamoto, Kenji Yamagishi
    • 学会等名
      CBI(情報計算化学生物)学会2017年大会
  • [学会発表] 生体分子系に対する分子シミュレーション解析2017

    • 著者名/発表者名
      山岸賢司
    • 学会等名
      平成29年度化学系学協会東北大会 (依頼講演)
  • [学会発表] Theoretical study on the structure and dynamics of RNA aptamer to human immunoglobulin G2017

    • 著者名/発表者名
      Hisae Yoshida, Masahiro Sekiguchi, Kazumasa Akita, Emire Inomata, Takeshi Ishikawa, Taiichi Sakamoto, Kenji Yamagishi
    • 学会等名
      平成29年度化学系学協会東北大会
  • [学会発表] IN SILICO DESIGN OF RNA APTAMER TO HUMAN IMMUNOGLOBULIN G2017

    • 著者名/発表者名
      Hisae Yoshida, Masahiro Sekiguchi, Kazumasa Akita, Emire Inomata, Takeshi Ishikawa, Taiichi Sakamoto, Kenji Yamaighsi
    • 学会等名
      7th edition of the EFMC International Symposium on Advances in Synthetic and Medicinal Chemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子シミュレーションを用いたRNA アプタマーの設計手法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      吉田尚恵・関口真裕・秋田一雅・猪股恵美礼・野村祐介・石川岳志・坂本泰一・山岸賢司
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
  • [図書] in-silico創薬におけるスクリーニングの高速化・効率化技術2018

    • 著者名/発表者名
      山岸賢司,坂本泰一
    • 総ページ数
      540
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      978-4-86104-688-9

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公開日: 2018-12-17  

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