時間分解蛍光測定によるタンパク質内部運動と協奏する水和構造変化の解析

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22244054
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 中迫 雅由 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30227764)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: タンパク質水和 / 水和構造 / 分子動力学シミュレーション / 蛍光分光 / 和周波測定 / 非線形光学 / Ｘ線結晶構造解析 / 主成分分析

研究概要

生命活動の素過程を担うタンパク質分子は水環境において構造形成し機能する。何故水環境を必要とするのかを理解するには、タンパク質表面での水分子の運動をピコ秒時間分解能と原子分解能で探る必要がある。本研究では、タンパク質からの時間分解蛍光測定装置を開発しながら、特徴的なドメイン運動を行うタンパク質について、その運動の原因となっている水和構造変化を蛍光測定、結晶構造解析などの実験と大規模な分子動力学シミュレーションの両面から解析することを試みた。

研究成果

• [雑誌論文] Light-induced conformational changes of LOV (Light Oxygen Voltage-sensing domain) 1 and LOV2 relative to the kinase domain and regulation of kinase activity in Chlamydomonas phototropin (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Okajima, Y. Aihara, Y. Takayama, M. Nakajima, S. Kashojiya, T. Hikima, T. Oroguchi, A. Kobayashi, Y. Sekiguchi, M. Yamamoto, T. Suzuki, A. Nagatani, M. Nakasako and S. Tokutomi
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 289 ページ: 413-422
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.515403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of empirical hydration distribution functions around polar atoms for assessing hydration structures of proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Matsuoka and M. Nakasako
  • 雑誌名: Chemical Physics 巻: 419 ページ: 59-64
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2012.12.040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional structure determination protocol for non-crystalline biomolecules using x-ray free-electron laser diffraction imaging (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Oroguchi and M. Nakasako
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 87 ページ: 022712(15)
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.87.021227
  • 査読あり
• [雑誌論文] 先端的X線光源による細胞の空間階層イメージング (2013)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由, 山本雅貴
  • 雑誌名: パリティ 巻: 28, No. 7 ページ: 16-19
  • URL: http://pub.maruzen.co.jp/book_magazine/magazine/parity-back/parity2013/2013_07/1307_cont.html
  • 査読あり
• [雑誌論文] 蛋白質水和構造の実験研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由, 苙口友隆, 高山裕貴, 中島真, 松井夕花
  • 雑誌名: アンサンブル 巻: 15 ページ: 7-18
  • URL: http://mol-sim.c.ooco.jp/
  • 査読あり
• [雑誌論文] 蛋白質極性原子周辺の水分子分布 -データベース解析と水和構造予測― (2013)
  • 著者名/発表者名: 松岳大輔、中迫雅由
  • 雑誌名: アンサンブル 巻: 15 ページ: 19-27
  • URL: http://mol-sim.c.ooco.jp/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Humidity-controlled preparation of frozen-hydrated biological samples for cryogenic coherent X-ray diffraction microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Takayama and M. Nakasako
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 83 ページ: 054301(6)
  • DOI: 10.1063/1.4718359
  • 査読あり
• [雑誌論文] A few low-frequency normal modes predominantly contribute to conformationalresponse of hen egg white lysozyme in the tetragonal crystal to variations of molecular packing controlled by environmental humidity (2011)
  • 著者名/発表者名: Takayama and M. Nakasako
  • 雑誌名: Biophysical Chemistry 巻: 159 ページ: 237-246
  • DOI: 10.1016/j.bpc.2011.07.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] New monoclinic form of bovine pancreatic ribonuclease A from a high-salt solution and intermolecular interactions (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Takusagawa, S. Yamamura, S. Endo, Y. Sugawara, T. Inagaki, and M. Nakasako
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 319 ページ: 49-56
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2011.01.037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light-induced movement of LOV2 domain in Asp720Asn-mutated LOV2-kinase fragment of Arabidopsis phototropin 2 (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takayama, M. Nakasako, K. Okajima, A. Iwata, S. Kashojiya, Y. Matsui and S. Tokutomi
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 50 ページ: 1174-1183
  • DOI: 10.1021/bi101689b
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生命にはなぜ水が必要なのか-たんぱく質の機能と水和構造の相関 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由、松岳大輔
  • 雑誌名: 応用物理 巻: 80 ページ: 903-907
  • URL: http://www.jsap.or.jp/ap/2011/10/ob800903.xml
  • 査読あり
• [学会発表] Empirical hydration distribution functions around polar atoms for studying hydration structures of proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Matsuoka and M. Nakasako
  • 学会等名: The 13-th Korea Institute of Advanced Study (KIAS) Conference
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2013-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] 分子動力学計算によるグルタミン酸脱水素酵素ドメイン運動に協奏した水和構造変化の観察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 苙口友隆, 中島 真, 中迫雅由
  • 学会等名: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 鳥取
  • 年月日: 2013-06-14
• [学会発表] Cryogenic X-ray diffraction for illustrating hierarchical structures in cells (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nakasako
  • 学会等名: International Symposium on Protein Folding and its Biological Significance
  • 発表場所: Okazaki, Japan
  • 年月日: 2013-03-05
  • 招待講演
• [学会発表] 経験的水和分布関数の構築と水和構造予測への応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由, 松岳大輔
  • 学会等名: 情報計算化学生物学会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-02-15
  • 招待講演
• [学会発表] A protocol for structure analysis of non-crystalline particles with X-ray free electron laser (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Oroguchi, M. Nakasako
  • 学会等名: 生物物理学会第50回年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2012-09-23
• [学会発表] タンパク質疎水性表面に関する水和構造予測アルゴリズムの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由, 松岳大輔
  • 学会等名: 特定領域高次分子系成果公開シンポジウム
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-05-26
• [学会発表] Static and Dynamical Pictures of Protein Hydration - to understadn why water is indispensable for structures and functions of proteins (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nakasako
  • 学会等名: JST International Symposium on Multi-scale Simulation of Condensed-phase Reacting Systems
  • 発表場所: Nagoya
  • 年月日: 2012-05-11
  • 招待講演
• [学会発表] X線自由電子レーザーによる生体超分子の新規構造解析法の提案及びシミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 苙口友隆, 中迫雅由
  • 学会等名: 第25回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 鳥栖
  • 年月日: 2012-01-08
• [学会発表] 低温コヒーレントX線回折顕微鏡法の為の湿度制御下凍結水和生体試料作製装置の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴, 中迫雅由
  • 学会等名: 日本結晶学会年会2011
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2011-11-25
• [学会発表] Preparation method of frozen-hydrated biological samples under controlled humidity for coherent X-ray diffraction microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takayama and M. Nakasako
  • 学会等名: 生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] データベース解析による蛋白質水和構造の特徴抽出とその応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松岳大輔, 中迫雅由
  • 学会等名: 放射光学会第3回若手研究会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 2011-08-18
• [学会発表] 植物青色光受容体フォトトロピン2 の立体構造研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由, 高山裕貴, 岩田彩, 松井夕花, 岡島公司, 嘉祥寺谷幸子, 徳富哲
  • 学会等名: 第24回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2011-01-09
• [学会発表] RNaseA 新規三斜晶の構造と分子間相互作用の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 田草川英昇, 山村滋典, 猿渡茂, 菅原洋子, 稲垣敏幸, 中迫雅由
  • 学会等名: 平成22年度日本結晶学会年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2010-12-03
• [学会発表] タンパク質疎水性表面に関する水和構造予測アルゴリズムの開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松岳大輔, 中迫雅由
  • 学会等名: 特定領域「高次系分子科学」第四回公開シンポジウム
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-11-25
• [学会発表] 経験的水和分布関数を用いた水和水分子位置の評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松岳大輔, 高山裕貴, 中迫雅由
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] 経験的水和水分布関数を用いた蛋白質水和構造予測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松岳大輔, 中迫雅由
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2010-06-17
• [学会発表] 蛋白質結晶湿度制御装置の開発と蛋白質運動性制御への応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴, 中迫雅由
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2010-06-17
• [図書] 『タンパク質結晶の最前線』経験的水和分布関数の構築と蛋白質水和構造予測への応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松岳大輔, 中迫雅由
  • 総ページ数: 221-229
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 『標準免疫学第三版』第二部, 構成的メカニズム:認識のメカニズム, F.BCR/抗体による認識 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 総ページ数: 107-114
  • 出版者: 医学書院
• [備考]
  • URL: http://www.phys.keio.ac.jp/guidance/labs/nakasako/nakasako-lab.html