研究課題
細胞内環境は生体分子が混み合った環境(分子クラウディング)であり、これまでの大半の蛋白質研究が用いてきた希薄溶液環境とは大いに異なる。近年、分子クラウディング溶液を用いた生物化学実験により、分子クラウディング環境下での蛋白質機能は希薄溶液環境のそれから大きく変調を受けることが明らかにされつつある。本研究の目的は、電子―電子二重共鳴計測(DEER)測定と分子動力学(MD)シミュレーションを組み合わせることで、未だ実現されていない、分子クラウディング環境下における蛋白質構造の機能的動きを解析する手法を開発し、それによって、蛋白質の機能が変調されるメカニズムを明らかにすることである。利用者はこれまで、X線溶液散乱(SAXS)や原子間力顕微鏡(AFM)といった構造解析実験と、MDシミュレーションを組み合わせた手法(MD-SAXS法)を開発してきた。これにより、溶液中にて蛋白質構造は柔らかく揺らいでおり、さらに、その揺らぎが機能と深く相関することを明らかにしてきた。しかしながら、これらの研究で用いてきた測定手法では、分子クラウディング環境下における蛋白質の構造揺らぎを解析することができない。そこで、目的分子をスピンラベルし測定する電子―電子二重共鳴計測(DEER)を用いて、クラウディング環境下において目的蛋白質の構造揺らぎを解析することを計画した。DEERによって得られる構造情報は、2つのスピンラベルされた残基間の距離分布であり、これは局所構造の揺らぎを視ることに相当する。この構造揺らぎの情報をMDシミュレーションによって解析する。
2: おおむね順調に進展している
スピンラベルに用いるメタンスルホン酸メチル(MTSL)は、蛋白質表面のシステイン側鎖にジスルフィド結合させることによって目的蛋白質に導入することができる。目的蛋白質には利用者がこれまでの研究に用いてきたグルタミン酸脱水素酵素(GDH)を用いる。GDHは、申請者がこれまでその機能的動きをMDシミュレーション及びAFMを用いて明らかにしてきた蛋白質であるため、目的手法の開発のためのテスト系に適している。これまでの研究で得られている構造揺らぎの情報を基に、スピンラベルするための変位導入部位をデザインし、試料作製の準備を行っている。それと同時に、実験情報を参照に効率よく構造空間をサンプリングするMD計算手法の開発も進めている。
スピンラベルを導入したGDHの試料作製を行い、予備的なDEER測定を行う。それによりスピンラベル導入位置や実験条件等の検討を行う。また、実験情報を参照にして構造サンプリングするMD計算手法の開発も完了させ、実用化段階に持っていく予定である。
すべて 2018 2017 その他
すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (1件)
Shot-by-shot characterization of focused X-ray free electron laser pulses
巻: 8 ページ: 831
10.1038/s41598-018-19179-3
The Journal of Biological Chemistry
巻: 293 ページ: 963-972
10.1074/jbc.RA117.000324
Scientific Reports
巻: 7 ページ: 15859
10.1038/s41598-017-16203-w
Journal of Synchrotron Radiation
巻: 24 ページ: 1024-1038
10.1107/S1600577517008396
The Journal of Biochemistry
巻: 161 ページ: 55-65
10.1093/jb/mvw052
https://www.keio.ac.jp/ja/press-releases/2017/11/21/28-37390/
