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2019 年度 実績報告書

Wet-Dry融合アプローチを用いた産業応用酵素の遷移状態制御による新機能創製

研究課題

研究課題/領域番号 17KT0010
研究機関立教大学

研究代表者

常盤 広明  立教大学, 理学部, 教授 (10221433)

研究分担者 中野 祥吾  静岡県立大学, 食品栄養科学部, 助教 (80748541) [辞退]
石川 岳志  鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (80505909) [辞退]
研究期間 (年度) 2017-07-18 – 2020-03-31
キーワード産業応用酵素 / 人工酵素 / 第一原理計算 / 分子動力学シミュレーション / 高解像度X線構造解析 / フラグメント分子軌道計算 / 基質特異性 / PyMOL plug-inアプリケーション
研究実績の概要

高い選択能を有する酵素の特性を生かした産業応用酵素群の開発は、資源の乏しい我が国において世界を牽引する科学技術革新として極めて重要な課題である。
そこで本研究では、高精度な第一原理計算を用いた『Dry (計算化学、バイオインフォマティクス) 』手法と熱化学測定やX線結晶構造解析などを用いた『wet(酵素化学、構造生物学)』実験とを融合した新たなアプローチにより、高い選択能を有する酵素の特性を生かした産業応用酵素群を合理的に設計・開発することを目的としている。実際の対象としては、血液サンプル中に含まれる特定のアミノ酸、L-Thr濃度の定量計測への応用が期待されている短鎖型L-スレオニン脱水素酵素(TDH)等の標的タンパク質を取り上げた。特に、酵素反応における遷移状態を明らかにするだけでなく、天然型酵素の機能を目的に合わせて改変し、反応そのものを分子レベルで制御することで、天然酵素の活性を凌駕し、適用範囲を拡大した人工タンパク質(人工酵素)の合理的設計開発を目指した。最終的には、各種標的酵素だけに留まらず、創薬標的の中心である核内受容体やウイルスタンパク質に対する理論的解析についても推進した。特に、FMO計算に基づいて、標的タンパク質と基質・リガンドとの各種相互作用エネルギーを効率的に3D表示をする汎用化ツール群の開発に成功した。これらの結果は国内外の学会等で発表するとともに、専門誌(J.Chem.Info.Model)に公表した。このツール群の詳細な解説および酵素系への応用については、Springerより今年度発刊予定の書籍中に掲載することとなった。さらに、これまでの構造を基盤とした解析に加えて、配列解析に基づくバイオインフォマティックスを利用した新たなWet-Dry融合解析により、実際に応用可能なレベルに機能向上した標的タンパク質の合理的な創製への道を開くことができた。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件) 図書 (3件)

  • [国際共同研究] Inst. of Chemistry-Centre for Glycomics/Slovak Academy of Sciences(スロバキア)

    • 国名
      スロバキア
    • 外国機関名
      Inst. of Chemistry-Centre for Glycomics/Slovak Academy of Sciences
  • [雑誌論文] Development of an Analysis Toolkit, AnalysisFMO, to Visualize Interaction Energies Generated by Fragment Molecular Orbital Calculations2019

    • 著者名/発表者名
      Takaki Tokiwa, Shogo Nakano, Yuta Yamamoto, Takeshi Ishikawa, Sohei Ito, Vladimir Sladek, Kaori Fukuzawa, Yuji Mochizuki, Hiroaki Tokiwa, Fuminori MisaizuYasuteru Shigeta
    • 雑誌名

      J. Chem. Inf. Model

      巻: 59(1) ページ: 25-30

    • DOI

      doi.org/10.1021/acs.jcim.8b00649

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Elucidation of product release mechanism associated with structural changes in L-threonine 3-dehydrogenase2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoharu Motoyama, Shogo Nakano, Yuta Yamamoto, Hiroaki Tokiwa, Yasuhisa Asano, Sohei Ito
    • 学会等名
      ACS Fall 2019 National Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular origin of dual functionalities of fluorescent RXR agonists, CU-6PMN, which would be a key element for a high-throughput screening system of RXR ligands based on fluorescent intensity assay2019

    • 著者名/発表者名
      Mayu Kawasaki, Shogo Nakano, Tomoharu Motoyama, Shoya Yamada, Masaki Watanabe, Michiko Fujihara, Hiroaki Tokiwa, Hiroki Kakuta, Sohei Ito
    • 学会等名
      ACS Fall 2019 National Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] In silico analysis on structure and function of lipid-metabolism related proteins based on the first-principles calculation2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Tokiwa, Sundaram Arulmozhiraja, Vladimir Sladek, Yuta Yamamoto, Kanade Shimizu, Ryuhei Harada, Mitsuo Shoji, Yasuteru Shigeta, Yoshimi Nakagawa, Takeshi Matsuzaka, and Hitoshi Shimano
    • 学会等名
      11th symposium on Discovery, Fusion, Creation of New Knowledge by Multidisciplinary Computational Sciences, CCS International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] アダマンチル基及びキ導入型新規ビタミンD誘導体の生物活性と骨芽細胞分化能の解析」 骨芽細胞分化能の解析2019

    • 著者名/発表者名
      石澤通康、Rocio Otero, 沼本修孝, 伊倉貞吉, 伊藤暢聡, 常盤広明, Antonio Mourino, 槇島誠, 山田幸子
    • 学会等名
      第5回Neo Vitamin D Workshop学術集会
  • [学会発表] アダマンチル基及びアルキル基導入型新規ビタミンD誘導体のユニークな生物活性2019

    • 著者名/発表者名
      石澤 通康, 前川 和樹, 常盤 広明, 風間 智彦, 松本 太郎, 槇島 誠, 山田 幸子
    • 学会等名
      第30回日本レチノイド研究会学術集会
  • [学会発表] 高精度分子シミュレーションに基づくSyringolin A誘導体の脂質二重膜透過解析2019

    • 著者名/発表者名
      清水奏、原田隆平、Sundaram Arulmozhiraja、市川聡、前仲勝実、常盤広明、重田育照
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2019秋季年会 in 広島
  • [学会発表] ヒトSLAMのアミノ最末端領域は麻疹ウイルスの受容体として機能するために重要である2019

    • 著者名/発表者名
      關 文緒、福原 秀雄、山本 雄大、Arulmozhiraja Sundaram、大石 和恵、丸山 正、常盤 広明、前仲 勝実、竹田 誠
    • 学会等名
      第67回日本ウイルス学会学術集会
  • [学会発表] アダマンチル基及びアルキル基を付加した新規ビタミンD誘導体の細胞選択的活性2019

    • 著者名/発表者名
      石澤 通康、前川 和樹、常盤広明、Antonio Mourino、風間 智彦、松本太郎、槇島 誠、山田 幸子
    • 学会等名
      日本大学医学部医学会例会
  • [学会発表] 新規ビタミンD誘導体の細胞選択的活性及び治療効果の検討2019

    • 著者名/発表者名
      石澤 通康、前川 和樹、常盤広明、Antonio Mourino、風間 智彦、松本太郎、槇島 誠、山田 幸子
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
  • [図書] AnalysisFMO toolkit: PyMOL plugin module to 3D-visualize interaction energies in protein (3D-VIEP) generated by fragment molecular orbital calculation" in “『Recent advances of the fragment molecular orbital method ~Enhanced performance and applicability』2019

    • 著者名/発表者名
      Takaki Tokiwa, Shogo Nakano, Hiroaki Tokiwa, and Yasuteru Shigeta
    • 総ページ数
      -
    • 出版者
      Springer
  • [図書] AnalysisFMO toolkit: PyMOL plugin module to 3D-visualize inter“Application o"Fragment Molecular Orbital Calculation to Enzyme Functional Analysis”" in “『Recent advances of the fragment molecular orbital method ~Enhanced performance and applicability』2019

    • 著者名/発表者名
      Shogo Nakano, Sohei Ito, and Hiroaki Tokiwa
    • 総ページ数
      -
    • 出版者
      Springer
  • [図書] "Elucidating the efficacy of clinical drugs using FMO" in『Recent advances of the fragment molecular orbital method ~Enhanced performance and applicability』2019

    • 著者名/発表者名
      Sundaram Arulmozhiraja, Hiroaki Tokiwa, and Hitoshi Shimano
    • 総ページ数
      -
    • 出版者
      Springer

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公開日: 2021-01-27  

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