| 研究課題/領域番号 |
18K19161
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
黒河 博文 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (80359546)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| キーワード | タンパク質 / X線結晶構造解析 / センサー |
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| 研究実績の概要 |
食品に含まれる天然有機物のなかには，ヒトの酸化ストレスセンサーを介して酸化ストレスを消去する酵素群の遺伝子発現を誘導するものがある．この酸化ストレスセンサーが感知する天然有機物の一群は，多様な炭素骨格を有しており，その分子認識は従来の鍵と鍵穴モデルでは説明できない全く新しい機構によると考えられる．つまり，酸化ストレスセンサーが多様な天然有機物を認識するためには，タンパク質分子自体も柔軟な「アンサンブル構造」をとることが必須と考えられるのである．本研究ではタンパク質の「アンサンブル構造」という新しい概念に「酸化ストレスセンサーと有機化合物との複合体形成による準安定状態のトラップ」とゆうアプローチで挑むものである．
一方，研究を進める過程で「アンサンブル構造」が低分子化合物との相互作用によってどのように変化するかを検証するモデル系として，既にX線回折データを取得済みのcis型プレニル転移酵素が有用であることがわかった．基質のリン酸基と類似の硫酸イオンが結合した結晶構造と非結合型の結晶構造を比較すると保存されたRXGモチーフが構造変化していた．得られた結晶構造を基に基質である低分子化合物との複合体モデルを作成し，分子動力学計算を実施することとした．このために分子動力学計算用の計算システムを自作し，低分子化合物の有無によってタンパク質の動的（アンサンブル）構造がどのように変化するかの検証を行った．その結果，結晶構造解析と計算科学的な手法を組合せたアプローチが本研究において有用な手法である可能性が示された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
酸化ストレスセンサーのN末端側のセンサー領域について組換えタンパク質の発現・精製・結晶化スクリーニングを行い，得られた結晶についてX線回折を確認することができた．高分解能の回折データは得られておらず，条件検討が続いている．
一方で，近年の計算機の高速化は著しく，本研究も実験科学的なアプローチに加えて，分子動力学シミュレーションおよびマルチスケール法（ハイブリッド型量子化学計算）による解析も並行して実施することとした．分子動力学シミュレーションはマイクロ秒スケールのシミュレーションを実施する計算機環境を整備し，実際，低分子化合物との相互作用がタンパク質のアンサンブル構造に与える影響について，興味深い知見が得られている．
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| 今後の研究の推進方策 |
酸化ストレスセンサーのセンサードメインに相当する組換えタンパク質の結晶化条件の改善を進めているが，高分解能の構造解析が可能な単結晶が得られていないため，結晶化条件の最適化を引き続き行う．また，酸化ストレスセンサーと結合すると考えられている天然有機化合物は多数知られているが、本研究ではこれらの中から食品に由来する天然有機化合物を選択し，酸化ストレスセンサーとの相互作用について計算機科学的なアプローチも含めて解析を実施する予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初は酸化ストレスセンサー組換えタンパク質を調製し，Ｘ線回折実験を進める予定であった。研究を進める過程で「アンサンブル構造」の解析には計算機科学的なアプローチを並行して行うことが有効であることが明らかとなった．このため，既に構造解析を実施していたcis型プレニル基転移酵素をモデル系としたシミュレーションを先行して行うこととした．当初予定していたタンパク質試料調製に必要な経費の執行が当初の予定より遅れ，次年度使用額が生じた．
次年度使用額は，タンパク質試料の試薬購入費などに相当するもので，翌年度分として請求した助成金は予定通り執行する予定である．
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