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2020 年度 実績報告書

生体分子の機能発揮機構における水和構造の役割の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17H04854
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

苙口 友隆  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (90589821)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード蛋白質 / 構造アンサンブル / 自由エネルギー地形 / 溶媒和自由エネルギー / MDシミュレーション / 溶液X線散乱 / ベイズ統計
研究実績の概要

本研究課題の目的は、「蛋白質の構造変化過程における水和構造の役割の解明」である。この目的のためには、蛋白質構造が溶液中においてどのような構造を取り得るか、すなわち、蛋白質の構造アンサンブル(=自由エネルギー地形)を可視化し、そのアンサンブルの形成における溶媒の自由エネルギー寄与を明らかにする必要がある。そのために、本課題においては、(1)実験とMDシミュレーションの統合的手法による蛋白質構造アンサンブル可視化法の開発、及び、(2)蛋白質構造変化に伴う溶媒和自由エネルギー変化の解析方法の開発、の2つの研究項目を行っている。本年度は、これらの研究項目を継続し、得られた成果を学術論文としてまとめている段階である。
(1)溶液中における蛋白質の構造アンサンブルに関する情報を得る実験手法としては、溶液X線散乱(SAXS)やNMRがあるが、実験で得られる構造情報は、低分解能もしくは部分的といった特徴があり、その解析には原子分解能のMDシミュレーションが必要である。本項目においては、ベイズ統計を用いた実験と計算の統合手法を開発し、実験情報を再現できる構造アンサンブルをMDシミュレーションの結果から得ることを可能にした。本手法をSAXSとMDの連携に適用し、幾つかのモデル蛋白質の構造アンサンブルを可視化することに成功した。
(2)蛋白質の構造変化機構を熱力学的に明らかにするためには、溶媒のエネルギー的寄与を明らかにすることが必須である。そのためには構造変化に伴う溶媒和自由エネルギーの変化を求めることが必要になるが、従来の溶媒和自由エネルギー計算法は揺らぎを持つ蛋白質構造には適用が困難であり、MDシミュレーションにおいて初期構造を拘束しておく必要があった。そこで、本研究項目においては、揺らぎを持つ蛋白質構造にも適用可能な溶媒和自由エネルギー計算法rf-GIST法を開発した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Common architectures in cyanobacteria Prochlorococcus cells visualized by X-ray diffraction imaging using X-ray free electron laser2021

    • 著者名/発表者名
      Amane Kobayashi, Yuki Takayama, Takeshi Hirakawa, Koji Okajima, Mao Oide, Tomotaka Oroguchi, Yayoi Inui, Masaki Yamamoto, Sachihiro Matsunaga, Masayoshi Nakasako
    • 雑誌名

      Scientific reports

      巻: 11 ページ: 3877

    • DOI

      10.1038/s41598-021-83401-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] MDシミュレーションと溶液散乱実験による蛋白質構造揺らぎの可視化: ベイズ学習の適用に向けて2021

    • 著者名/発表者名
      苙口友隆
    • 学会等名
      CBI学会2021年大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛋白質の機能的動きに沿った溶媒和自由エネルギー変化の評価法開発2021

    • 著者名/発表者名
      苙口友隆
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会

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公開日: 2022-12-28  

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