| 研究課題/領域番号 |
19K05389
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| 研究機関 | 前橋工科大学 |
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研究代表者 |
優 乙石 前橋工科大学, 工学部, 准教授 (90402544)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ATP / 蛋白質間相互作用 / 分子動力学 / 分子混雑 / 細胞環境 |
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| 研究実績の概要 |
細胞内は、アミノ酸やリン酸などの代謝物（メタボライト）で満ち溢れている。メタボライトは、細胞内の代謝を担う基本分子として全生命体に普遍的なものである。一方、これらのメタボライトや各種イオンが「総体として」蛋白質の物性・動態に及ぼす影響について調査が始まったのはごく最近である。細胞内のメタボライトの中で、最も濃度の高い分子の一つがATPである。ATPはエネルギーの放出・貯蔵、物質の代謝・合成を担う重要な分子である。一方で、蛋白質溶液の相分離や熱変性実験によってATPが蛋白質の可溶性を増加させ、凝集を防ぐことが明らかになり、天然のハイドロトロープ（可溶化剤）としてのATPが大きな注目を集めている。しかし、ATPが蛋白質の如何なる部分に作用し、蛋白質の立体構造安定性や蛋白質間相互作用をどれ程改変しているのかについて、分子論的な解明は十分になされていない。また、多数の生体高分子が高濃度で共存する分子混雑下のATP動態についても不明な点が多い。本研究は、ATPを中心とした細胞内メタボライトやイオンの非特異的相互作用が蛋白質動態に及ぼす影響を、全原子モデルを用いた分子動力学（Molecular Dynamics: MD）法による細胞環境シミュレーションによって微視的に解明する。本年度はは主に①蛋白質（FUS）に対するATPの非特異的相互作用 ②ATP水溶液の溶解性 ③細胞質内の代謝物・イオンの相互作用について主に分子動力学（MD）シミュレーションを用いた分子レベルの調査を実施した。それぞれの課題①～③の成果については後述する。
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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
課題①については、計算結果に問題が発生し中断した。これは、MDシミュレーションの進行とともにATP同士の過剰な凝集が発生し、大きなATP多量体を形成してしまったためである。そのため、既存のATP力場による水溶液への溶解性を調査するために、別途課題②を遂行した。ATP濃度や水分子モデルを変えることで複数のATP水溶液モデルを作成し、MD計算を実施したが全てのモデルでATP多量体が形成されることが明らかになった。③については、細胞質の大規模MD計算により、ATPを含む細胞内代謝物の存在が蛋白質同士の凝集を抑制する効果が確認できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
課題②のMDシミュレーションによって形成された多量体の立体構造を調査した所、ATPのアデニン環が重なり合うように結合している事（スタッキング）が明らかになった。ATP同士がこのような構造を形成し得る事は実験的にも示唆されているが、既存の力場パラメータではこれが過剰に評価されている可能性が高い。今後は、この部分の分子間相互作用の精密化に取り組む事を課題とする。また改良されたATP力場を用いて、再度課題①のシミュレーションに取り組む事を次の方策とする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
課題①の研究計画に変更が生じ、今年度購入予定であった計算機を用いたシミュレーションをする必要がなくなった。さらに次年度に、新たに発売される予定のより高性能の計算機を購入するほうが効果的な使用計画であると判断したため。
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