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2020 年度 実施状況報告書

転写因子の天然変性領域におけるリン酸化ラッチ機構の普遍性の検証

研究課題

研究課題/領域番号 20K12069
研究機関立命館大学

研究代表者

笠原 浩太  立命館大学, 生命科学部, 助教 (90634965)

研究分担者 仙石 徹  横浜市立大学, 医学部, 講師 (60576312)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード分子動力学法 / 転写因子 / 天然変性領域 / 翻訳後修飾 / 転写制御 / 分子シミュレーション / 天然変性蛋白質
研究実績の概要

本研究では転写に関わる天然変性領域(IDR)の分子メカニズム、特にリン酸化が及ぼす影響を、分子シミュレーションによって検討を行う。これまでの研究で転写因子Ets1について明らかにされた「リン酸化ラッチ機構」(Kasahara, K. et al. (2018). Nucleic Acids Research, 46(5), 2243-2251) が他の転写因子にも見られるのか、その普遍性を検証する。まず(a)データベースよりヒト転写因子の配列および構造的特徴を大規模に検証し、リン酸化ラッチ機構を持ち得る転写因子を推定した。多数の候補を得ることができ、その成果を第9回生命医薬情報学連合大会においてポスター発表を行った。(b)そのうち2つの転写因子について分子シミュレーションを行い、IDRの構造アンサンブルを得た。(c)さらにその結果を検証するため、in vitro実験を計画中である。これに伴い、通常のシミュレーション手法では計算困難なIDRの解析を実現するため、新たなシミュレーション手法およびプログラムの開発を実施した。方法論、プログラムについては査読付き論文として報告を行った(Kasahara, K.. et al. (2020). Biophysics and Physicobiology, 17(0), 140-146; Higo, J. et al. (2020) Biophysics and Physicobiology, 17(0), 161-176)

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

本研究は大きく下記3ステップより成る:(a) ゲノムワイドな候補転写因子の探索、(b) 独自の分子動力学法(MD)を用いたメカニズム解析、(c) 実験による検証。2020年度において(a)を終了し、(b)について方法論の開発と、2つの転写因子の計算を行った。これによって(c)を実施する準備が整ったといえる。概ね計画通りに推移してきていると言える。

今後の研究の推進方策

計算が終了した2つの転写因子について、詳細な解析と実験による検証を行う。それぞれの転写因子について、1報ずつ査読付き論文を執筆する予定である。
研究の過程においていくつか課題が浮上したため、技術的な開発も継続して行う。ひとつは、分子シミュレーションにおけるサンプリング効率の問題である。IDRは極めて広い構造多様性を持つため、その構造アンサンブル全体を計算するには膨大な計算が必要となる。我々の開発したVirtual-system coupled canonical molecular dynamics (VcMD)法は高効率なサンプリングが可能であるが、それでも1つの転写因子を検討するのにスーパーコンピュータを用いて1ヶ月程度の計算を行う必要がある。これを改善するため、更なる方法論の高度化を行う。もう一つは、IDRがもたらす液-液相分離現象の検討である。複数のIDRが流動的な集合体を形成する液-液相分離現象が近年注目を集めており、様々な検討が為されている。特に転写過程への関連が強く示唆されており、また翻訳後修飾の重要性が知られている。この現象とリン酸化ラッチ機構の関連を調べるため、液-液相分離現象の検討を行うためのシミュレーション技術の開発と応用を行っていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

新興感染症の流行により学会等がオンラインとなり、旅費の執行を行わなかった。
余剰分の予算は客員研究員の雇用のための費用へと充てる計画である。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (19件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] All-Atom Molecular Dynamics Elucidating Molecular Mechanisms of Single-Transmembrane Model Peptide Dimerization in a Lipid Bilayer2021

    • 著者名/発表者名
      Itaya Hayato、Kasahara Kota、Xie Qilin、Yano Yoshiaki、Matsuzaki Katsumi、Takahashi Takuya
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 6 ページ: 11458~11465

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c00482

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] myPresto/omegagene 2020: a molecular dynamics simulation engine for virtual-system coupled sampling2020

    • 著者名/発表者名
      Kasahara Kota、Terazawa Hiroki、Itaya Hayato、Goto Satoshi、Nakamura Haruki、Takahashi Takuya、Higo Junichi
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 17 ページ: 140~146

    • DOI

      10.2142/biophysico.BSJ-2020013

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GA-guided mD-VcMD: A genetic-algorithm-guided method for multi-dimensional virtual-system coupled molecular dynamics2020

    • 著者名/発表者名
      Higo Junichi、Kusaka Ayumi、Kasahara Kota、Kamiya Narutoshi、Hayato Itaya、Qilin Xie、Takahashi Takuya、Fukuda Ikuo、Mori Kentaro、Hata Yutaka、Fukunishi Yoshifumi
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 17 ページ: 161~176

    • DOI

      10.2142/biophysico.BSJ-2020008

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Virtual-system coupled canonical molecular dynamics法の開発と応用2021

    • 著者名/発表者名
      笠原浩太
    • 学会等名
      第1回 生体分子シミュレーション・モデリング研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular Dynamics Study on Functional Regulation of Transcription Factors by Phosphorylation on the Intrinsically Disordered Region2020

    • 著者名/発表者名
      Kota Kasahara, Toru Sengoku, Junichi Higo, Takuya Takahashi, Kazuhiro Ogata, Haruki Nakamura
    • 学会等名
      第20回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Influences of cholesterol on dimerization of transmembrane peptides with a GxxxG motif studied by molecular dynamics simulations2020

    • 著者名/発表者名
      Hayato Itaya, Kota Kasahara, Yoshiaki Yano, Katsumi Matzusaki, Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第20回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Comprehensive classification of Protein-peptide interactions in the Protein Data Bank by using the Gaussian mixture model2020

    • 著者名/発表者名
      Keiichiro Sato, Kota Kasahara, Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第20回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Multi-canonical Molecular Dynamics Study the Fuzzy Complex Formation by the Transcription Factor MED262020

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Goto, Kota Kasahara, Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第20回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Coarse-grained molecular dynamics simulations to dissect effects of charge distributions in protein sequences on liquid-liquid phase separation2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Terazawa, Kota Kasahara, Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第20回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Phosphorylation on an intrinsically disordered region regulates the DNA binding activity of a transcription factor via transient interactions.2020

    • 著者名/発表者名
      Kota Kasahara, Toru Sengoku, Qilin Xie, Yuta Nakano, Ryotaro Koike, Satoshi Fukuchi, Junichi Higo, Masafumi Nakayama, Kazuhiro Ogata, Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第9回生命医薬情報学連合大会
  • [学会発表] 蛋白質―ペプチド間相互作用の網羅的解析と結合予測への応用2020

    • 著者名/発表者名
      Keiichiro Sato, Kota Kasahara, Takuya Takahashi
    • 学会等名
      第9回生命医薬情報学連合大会
  • [学会発表] __集合ペプチドのオリゴマー形成に関する分_動_学的解析2020

    • 著者名/発表者名
      笠原浩太、沖川純也、寺澤裕樹、謝祺琳、後藤聡志、板_颯_、中_勝_、_橋卓也
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Protein Data Bankに基づくタンパク質-ペプチド結合予測のための相互作_パターンの網羅的な分類と分析2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤圭_朗、笠原浩太、高橋卓也
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 分_動_学法を_いたポリグルタミン酸周囲の_和ダイナミクス解析2020

    • 著者名/発表者名
      藤澤太公也、_橋卓也、笠原浩太
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] PC4天然変性領域のVP16結合の制御メカニズムの解明2020

    • 著者名/発表者名
      謝祺琳、笠原浩太、中_勝_、_橋卓也
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] コレステロールが膜貫通ペプチドの_量体化に与える影響に関する分_動_学的解析2020

    • 著者名/発表者名
      板_颯_、笠原浩太、_野義明、松崎勝_、_橋卓也
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] MED26によるTAF7とEAF1認識における多様な結合様式に関する分_動_学研究2020

    • 著者名/発表者名
      後藤聡志、笠原浩太、_橋秀尚、_橋卓也
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 荷電性残基の分布がタンパク質の液-液相分離に与える影響の解明に向けた分_動_学シミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      寺澤裕樹、沖川純也、笠原浩太、今村_呂志、加藤稔、_橋卓也
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 異なる配列と構造のペプチド周囲の_和ダイナミクスをMDシミュレーションで明らかにする2020

    • 著者名/発表者名
      _橋卓也、延永慎吾、莇拓也、芦_凌惟、藤澤太公也、笠原浩太
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 分子シミュレーションで探る細胞膜脂質組成と蛋白質機能の関連2020

    • 著者名/発表者名
      笠原浩太、板谷颯人、高橋卓也
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] リン脂質とステロールが膜貫通ペプチドの二量体形成に与える影響に関する分子動力学的検討2020

    • 著者名/発表者名
      板谷颯人、笠原浩太、矢野義昭、松崎勝巳、高橋卓也
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
  • [学会発表] PC4の天然変性領域における転写活性制御メカニズムの解明2020

    • 著者名/発表者名
      謝祺琳、笠原浩太、中山勝文、高橋卓也
    • 学会等名
      第70回日本薬学会関西支部大会
  • [図書] 相分離生物学の全貌(現代化学増刊46)2020

    • 著者名/発表者名
      白木 賢太郎
    • 総ページ数
      400
    • 出版者
      東京化学同人
    • ISBN
      9784807913466

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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