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2018 年度 実績報告書

弱い相互作用を持つたんぱく質の新規デザイン

研究課題

研究課題/領域番号 16K18526
研究機関立命館大学

研究代表者

笠原 浩太  立命館大学, 生命科学部, 助教 (90634965)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード分子動力学法 / ペプチドデザイン / 分子間相互作用 / 分子認識 / 分子シミュレーション / 蛋白質間相互作用
研究実績の概要

平成30年度の実績として、(i) デザインペプチドの基礎となる配列を蛋白質立体構造データベース中から網羅的に探索し、統計解析を行った。(ii) 計算科学的方法論の基礎的検討および開発、実証を行った。(iii) デザインしたペプチドについて、実験による相互作用測定を実施した。
(i) 計画の初期段階において蛋白質立体構造データベースPDBよりデザインの基本配列を探索してきたが、これについてより詳細な統計解析を行った。具体的には、分子内接触を持たないセグメントを標的として解析を行った。データベース中には多くの標的セグメントが見つかったが、短いセグメントから成るものが多く、10残基以上の長さを持つものは少なかった。分子内接触を持たない部分のアミノ酸傾向は大まかには表面残基の傾向と似ていたが、僅かながら特徴的な傾向もみられた。
(ii) デザインペプチドの有効性を検証するために拡張アンサンブル法の基礎的検討、開発、実証を行った。具体的には、マルチカノニカル分子動力学法について、効率的なサンプリングを可能とする計算条件の検討を行った。また、新規なサンプリング手法としてVirtual-system coupledカノニカル分子動力学法を開発した。
(iii)3つの機能性ペプチド候補配列がデザインされた。これとデザイン候補から除外された1つのペプチド配列をネガティブコントロールとして用意し、合計4種のペプチドを受託合成によって作成した。これを共同研究者によって蛍光相関法による相互作用測定を行った。まだ予備的な結果しか得られていないが、一部の配列について相互作用が認められた。
これらについて、17件の学会発表を行い、論文4報を査読付き論文誌において出版した。また、論文3報を投稿済みである。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Multimodal Structural Distribution of the p53 C-Terminal Domain upon Binding to S100B via a Generalized Ensemble Method: From Disorder to Extradisorder2019

    • 著者名/発表者名
      Iida Shinji、Kawabata Takeshi、Kasahara Kota、Nakamura Haruki、Higo Junichi
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Theory and Computation

      巻: 15 ページ: 2597~2607

    • DOI

      doi: 10.1021/acs.jctc.8b01042

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characteristics of interactions at protein segments without non-local intramolecular contacts in the Protein Data Bank2018

    • 著者名/発表者名
      Kasahara Kota、Minami Shintaro、Aizawa Yasunori
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 13 ページ: e0205052

    • DOI

      doi: 10.1371/journal.pone.0205052

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Influence of various parameters in the replica-exchange molecular dynamics method: Number of replicas, replica-exchange frequency, and thermostat coupling time constant2018

    • 著者名/発表者名
      Iwai Ryosuke、Kasahara Kota、Takahashi Takuya
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 15 ページ: 165~172

    • DOI

      doi: 10.2142/biophysico.15.0_165

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Unfolding of α-helical 20-residue poly-glutamic acid analyzed by multiple runs of canonical molecular dynamics simulations2018

    • 著者名/発表者名
      Ogasawara Naoki、Kasahara Kota、Iwai Ryosuke、Takahashi Takuya
    • 雑誌名

      PeerJ

      巻: 6 ページ: e4769~e4769

    • DOI

      doi: 10.7717/peerj.4769

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 分子シミュレーションで迫る蛋白質相互作用の fuzziness2019

    • 著者名/発表者名
      笠原浩太
    • 学会等名
      第11回BKCバイオインフォマティクス研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] FREE ENERGY LANDSCAPE OF THE P53 C TERMINAL DOMAIN UPON BINDING TO S100B: FROM DISORDER TO EXTRADISORDER2019

    • 著者名/発表者名
      Junichi Higo、Iida Shinji、Takeshi Kawabata、Kota Kasahara、Haruki Nakamura
    • 学会等名
      63th annual meeting of the biophysical society
    • 国際学会
  • [学会発表] 蛋白質天然変性領域と相分離現象の分子機構解明に向けた分子シミュレーション技術の開発2019

    • 著者名/発表者名
      笠原浩太
    • 学会等名
      第2回LLPS研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] N-gram analysis of amino acid sequences toward elucidating mechanisms of protein-protein interactions / タンパク質間相互作用メカニズムの解明に向けたアミノ酸N-gram 統計解析2018

    • 著者名/発表者名
      Ryohei Kondo、Kota Kasahara、Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Prediction method for complex structures of protein and small molecule with Interaction Pattern Fingerprint and machine learning / 相互作用パターンフィンガープリントと機械学習によるタンパク質- リガンドドッキング2018

    • 著者名/発表者名
      Fumiaki Sato、Kota Kasahara、Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Phosphorylation of an intrinsically disordered region of Ets1 yields specific inhibitory interactions from multi-modal interactions / 転写因子Ets1 天然変性領域のリン酸化は特異的な相互作用形成によりDNA 結合を阻害する2018

    • 著者名/発表者名
      Kota Kasahara、 Masaaki Shiina、 Junichi Higo、Kazuhiro Ogata、Haruki Nakamura
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Analysis of protein-protein interactions in region except for globular domain by using the molecular dynamics method / 球状ドメイン以外の領域でのタンパク質間相互作用に関する分子動力学的解析2018

    • 著者名/発表者名
      Takuya Shimato、Ryohei Kondo、Kota Kasahara、Yasunori Aizawa、Junichi Higo、Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] ペプチド高次複合体形成の高次元自由エネルギー地形に関する分子動力学的検討2018

    • 著者名/発表者名
      笠原浩太
    • 学会等名
      蛋白研セミナー「生体分子内情報伝達機構の新展開」
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular dynamics study on high-dimensional free-energy landscape of amyloid peptide higher-order complexes アミロイドペプチド高次複合体形成に関する高次元自由エネルギー地形の分子動力学的解析2018

    • 著者名/発表者名
      Kota Kasahara、Junichi Higo、Tomonori Hayami、Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会
  • [学会発表] Fast Processing of Biopolymer Structure Generation and Protein-Protein Interaction Analysis 生体高分子立体構造生成およびタンパク質間相互作用解析の高速処理について2018

    • 著者名/発表者名
      Takanori Sugihara、Kota Kasahara、Junichi Higo、Ichio Shimada
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会
  • [学会発表] Molecular dynamics simulations of liquid droplet and aggregation formations of protein FUS タンパク質FUSの液滴・凝集形成に関する分子動力学シミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Terasawa、Kota Kasahara、Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会
  • [学会発表] Influence of cholesterol on membrane protein complex formation by molecular dynamics simulations with model peptides モデルペプチドを用いたMDシミュレーションによる膜タンパク質複合体形成にコレステロールが及ぼす影響の検討2018

    • 著者名/発表者名
      Hayato Itaya、Kota Kasahara、Katumi Matsuzaki、Yoshiaki Yano、Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会
  • [学会発表] Molecular dynamics coupled with virtual system for effective conformational sampling2018

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Hayami、Takuya Shimato、Haruki Nakamura、Kota Kasahara、Junichi Higo
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会
  • [学会発表] MD simulations and analysis of hydration dynamics around several types of solute molecules 各種溶質周囲の水分子ダイナミクスの分子動力学計算と解析2018

    • 著者名/発表者名
      Takuya Takahashi、Kota Kasahara、Ryoi Ashida、Nobuya Hasegawa、Daigo Itsuji、Tomomi Kura
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会
  • [学会発表] Elucidation of the mechanism of protein-protein interaction between regions out of globular domains with molecular dynamics simulations. 分子動力学法を用いたタンパク質球状ドメイン外の相互作用メカニズムの解明2018

    • 著者名/発表者名
      Takuya Shimato、Kota Kasahara、Junichi Higo、Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会
  • [学会発表] A new method to improve the accuracy for protein-small molecule docking by using interaction pattern fingerprint and machine learning. 相互作用パターンと機械学習を用いたタンパク質-低分子化合物ドッキング手法の改良2018

    • 著者名/発表者名
      Fumiaki Sato、Kota Kasahara、Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会
  • [学会発表] Predicting interactions between N-gram sequences in proteins by using Neural Network. ニューラルネットワークを用いたタンパク質N-gram配列間相互作用の予測2018

    • 著者名/発表者名
      Ryohei Kondo、Kota Kasahara、Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会
  • [学会発表] hp170025 独自の拡張アンサンブル法によるたんぱく質天然変性領域の機能解明2018

    • 著者名/発表者名
      笠原浩太
    • 学会等名
      第5回「京」を中核とするHPCIシステム利用研究課題成果報告会

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公開日: 2019-12-27  

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