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2012 年度 研究成果報告書

生体分子モーターのシミュレーション研究:運動から化学反応制御への構造機能解析

研究課題

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研究課題/領域番号 22370057
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物物理学
研究機関京都大学

研究代表者

高田 彰二  京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60304086)

研究期間 (年度) 2010 – 2012
キーワードキネシン / ATP加水分解 / 分子動力学 / 粗視化モデル
研究概要

生体分子モーターの作動原理として、運動が酵素構造変化および化学反応を制御する、という"制御"機構が重要である。本研究では生体分子モーターの一つ、双頭キネシンを主な対象として、二つのキネシンヘッドの運動がどのように制御され協調しているか、それを行う分子構造基盤は何か、を理論的に研究した。各ヘッドの構造変化に伴い変化する双頭間の張力が、ヘッド間の協調の基盤であり、それによって一方向的運動、化学反応とタイトに共役したモーター運動が実現できることを明らかにした。

  • 研究成果

    (48件)

すべて 2013 2012 2011 2010

すべて 雑誌論文 (16件) (うち査読あり 16件) 学会発表 (29件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] ATP hydrolysis mechanism in kinesin studied by combined quantum-mechanical molecular-mechanical metadynamics2013

    • 著者名/発表者名
      M. J. McGrath、I-F. W. Kuo, S.Hayashi, S. Takada
    • 雑誌名

      J. Amer. Chem. Soc.

      巻: (in press)

    • DOI

      DOI:10.1021/ja401540g

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Protein-Specific Force Field Derived from the Fragment Molecular Orbital Method can Improve Protein-Ligand Binding Interactions2013

    • 著者名/発表者名
      L. Chang, T. Ishikawa, K. Kuwata, and S. Takada
    • 雑誌名

      J. Comp. Chem

      巻: vol. 34 ページ: 1251-1257

    • DOI

      DOI:10.1002/jcc.23250

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure-based Molecular Simulations Reveal the Enhancement of Biased Brownian Motions in Single-headed Kinesin2013

    • 著者名/発表者名
      R. Kanada, T. Kuwata, H. Kenzaki, S.Takada
    • 雑誌名

      PLOS Comp.Biol.

      巻: 9(2) ページ: e1002907

    • DOI

      DOI:10.1371/journal.pcbi.1002907

    • 査読あり
  • [雑誌論文] p53 searches on DNA by rotation-uncoupled sliding at C-terminal tails and restricted hopping of core domains2012

    • 著者名/発表者名
      T. Terakawa, H. Kenzaki, S. Takada
    • 雑誌名

      J. Amer.Chem. Soc.

      巻: 134 ページ: 14555-14562

    • DOI

      DOI:10.1021/ja305369u

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coarse-Grained Structure-Based Model for RNA-Protein Complexes Developed by Fluctuation Matching2012

    • 著者名/発表者名
      N. Hori and S. Takada
    • 雑誌名

      J. Chem. Theory and Comp.

      巻: 8 ページ: 3384-3394

    • DOI

      DOI: 10.1021/ct300361

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energy landscape and multiroute folding of topologically complex proteins adenylate kinase and 2ouf-knot2012

    • 著者名/発表者名
      W. Li, T. Terakawa, W. Wang, S.Takada
    • 雑誌名

      Proc. Nat. Acad. Sci. USA

      巻: 44 ページ: 17789-17794

    • DOI

      DOI:10.1073/pnas.1201807109

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coarse-grained molecular simulations of large biomolecules2012

    • 著者名/発表者名
      S. Takada
    • 雑誌名

      Curr. Opinion Struct. Biol.

      巻: Vol.22 ページ: 130-137

    • DOI

      DOI:10.1016/j.sbi.2012.01.010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rigor of cell fate decision by variable p53 pulses and roles of cooperative gene expression by p532012

    • 著者名/発表者名
      Y. Murakami and S. Takada
    • 雑誌名

      BIOPHYSICS

      巻: Vol.8 ページ: 41-50

    • DOI

      DOI:10.2142/biophysics.8.41

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiscale ensemble modeling of intrinsically disordered proteins: p53 N-terminal domain2011

    • 著者名/発表者名
      T. Terakawa, S. Takada
    • 雑誌名

      Biophys. J

      巻: vol.101 ページ: 1450-1458

    • DOI

      DOI:10.1016/j.bpj.2011.08.003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] CafeMol: A coarse-grained biomolecular simulator for simulating proteins at work2011

    • 著者名/発表者名
      H. Kenzaki, N. Koga, N. Hori, R.Kanada, W. Li, K. Okazaki, X-Q. Yao, S. Takada
    • 雑誌名

      J. Chem. Theory and Comp

      巻: 7(6) ページ: 1979-1989

    • DOI

      DOI:10.1021/ct2001045

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural comparison of F1-ATPase: Interplay among enzyme structures, catalysis,and rotations2011

    • 著者名/発表者名
      K. Okazaki S. Takada
    • 雑誌名

      Structure

      巻: vol.19 ページ: 588-598

    • DOI

      DOI:10.1016/j.str.2011.01.013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Frustration, specific sequence dependence, and nonlinearity in large-amplitude fluctuations of allosteric proteins2011

    • 著者名/発表者名
      W. Li, P. G. Wolynes, S. Takada
    • 雑誌名

      Proc. Nat. Acad. Sci.USA

      巻: vol.108, No.9 ページ: 3504-3509

    • DOI

      DOI:10.1073/pnas.1018983108

    • 査読あり
  • [雑誌論文] On easy implementation of a variant of the replica exchange with solute tempering in GROMACS2011

    • 著者名/発表者名
      T. Terakawa, T. Kameda, S. Takada
    • 雑誌名

      J. Comp.Chem

      巻: vol.32, No.7 ページ: 1228-1234

    • DOI

      DOI:10.1002/jcc.21703

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Drug export and allosteric coupling in a multidrug transporter revealed by molecular simulations2010

    • 著者名/発表者名
      X-Q. Yao, H. Kenzaki, S. Murakami, S.Takada
    • 雑誌名

      Nature communications

      巻: vol.1.1 ページ: 117

    • DOI

      DOI:10.1038/ncomms1116

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterizing protein energy landscape by the self-learning multiscale simulations: Application to a designed β-hairpin2010

    • 著者名/発表者名
      W. Li, S. Takada
    • 雑誌名

      Biophys. J.

      巻: vol.99, No.9 ページ: 3029-3037

    • DOI

      DOI:10.1016/j.bpj.2010.08.041

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiscale methods for protein folding simulations2010

    • 著者名/発表者名
      W. Li, H. Yoshii, N. Hori, T. Kameda, S. Takada
    • 雑誌名

      Methods

      巻: vol.52, No.1 ページ: 106-114

    • DOI

      DOI:10.1016/j.ymeth.2010.04.014

    • 査読あり
  • [学会発表] Kinetic parameter analysis of the mathematical model of caspase cascade by Bayesian statistics withMCMC2012

    • 著者名/発表者名
      村上陽平
    • 学会等名
      第35回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡市)
    • 年月日
      20121211-14
  • [学会発表] Research of Split Point and Fluorescent Recovery of Green Fluorescent Protein by MolecularDynamics Simulation2012

    • 著者名/発表者名
      M. Ito
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(名古屋市)
    • 年月日
      20120922-24
  • [学会発表] The effect of the internal tension between two heads on the nucleotide binding site of kinesin-1studied by All-atom MD2012

    • 著者名/発表者名
      R. Kanada
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(名古屋市)
    • 年月日
      20120922-24
  • [学会発表] ATP Hydrolysis Free Energy Barriers in Kinesin2012

    • 著者名/発表者名
      M. J. McGrath
    • 学会等名
      JST International Symposium on Multi-scale Simulation ofCondensed-phase Reacting Systems
    • 発表場所
      名古屋大学ESホール(名古屋市)
    • 年月日
      20120510-12
  • [学会発表] Coarse-grained molecular simulations of large biomolecules:From theory to applications2012

    • 著者名/発表者名
      S. Takada
    • 学会等名
      The 9th Fukui Inst Fundamental Chemistry Seminar(招待講演)
    • 発表場所
      Fukui Inst. Fundamental Chem.(Kyoto)
    • 年月日
      2012-03-06
  • [学会発表] 全原子シミュレーションによるキネシン-微小管間の界面構造のリファインメント2011

    • 著者名/発表者名
      金田亮
    • 学会等名
      バイオスーパーコンピューティングサマースクール2011(招待講演)
    • 発表場所
      兵庫県立淡路夢舞台国際会議場(淡路市)
    • 年月日
      20110926-27
  • [学会発表] 粗視化分子モデルによる生体分子機械の作動原理研究2011

    • 著者名/発表者名
      高田彰二
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋期大会(招待講演)
    • 発表場所
      富山大学五福キパス(富山市)
    • 年月日
      20110921-24
  • [学会発表] FUNCTIONALLY ROTATING MECHANISM OF A MULTIDRUG TRANSPORTER STUDIED BY COARSE-GRAINED SIMULATION: EXPLORING THE BINDING PATHWAYS OF DRUGS2011

    • 著者名/発表者名
      X-Q. Yao, H. Kenzaki, S. Takada
    • 学会等名
      Biophysical Society 55th Annual Meeting
    • 発表場所
      Baltimore(USA)
    • 年月日
      20110305-09
  • [学会発表] COARSE-GRAINED SIMULATION OF PROTEIN-DNA COMPLEX: MECHANICAL UNZIPPING OF NUCLEOSOME2011

    • 著者名/発表者名
      H. Kenzaki, S. Takada
    • 学会等名
      Biophys. Soc. 55th Ann. Meeting
    • 発表場所
      Baltimore(USA)
    • 年月日
      20110305-09
  • [学会発表] KINESIN INTERNAL TENSION FOR THE COORDINATED WALK ESTIMATED BY ALL-ATOM MD SIMULATION2011

    • 著者名/発表者名
      R. Kanada, T. Makino, M. Tomishige, S. Takada
    • 学会等名
      Biophys. Soc. 55th Ann. Meeting
    • 発表場所
      20110305-09
    • 年月日
      20110305-09
  • [学会発表] Kinesin internal tension for the coordinated walk estimated by all-atom MD simulation(全原子MDによる双頭キネシン分子モーターの内部張力評価)、2011

    • 著者名/発表者名
      金田亮、牧野司、富重道雄、高田彰二
    • 学会等名
      第3回バイオスーパーコンピューティングシンポジウム
    • 発表場所
      理化学研究所計算科学研究機構(神戸市)
    • 年月日
      20110221-22
  • [学会発表] ミトコンドリア依存アポトーシスシグナル伝達系の数理モデル化とその応答2011

    • 著者名/発表者名
      村上陽平、高田彰二
    • 学会等名
      第33回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド(神戸市)
    • 年月日
      20110106-07
  • [学会発表] 分子シミュレーションによる多剤排出トランスポーターの作動機構研究2011

    • 著者名/発表者名
      高田彰二
    • 学会等名
      第33回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド(神戸市)
    • 年月日
      20110106-07
  • [学会発表] Multiscale computational approach to kinesin and F1-ATPase2011

    • 著者名/発表者名
      S. Takada
    • 学会等名
      Telluride Science Research center meeting(招待講演)
    • 発表場所
      Telluride (USA)
    • 年月日
      2011-08-09
  • [学会発表] 粗視化生体分子シミュレータCafeMol2011

    • 著者名/発表者名
      高田彰二
    • 学会等名
      蛋白質研究所セミナー(招待講演)
    • 発表場所
      大阪大学蛋白質研究所(吹田市)
    • 年月日
      2011-03-05
  • [学会発表] Drug export and allosteric coupling in a multidrug transporter revealed by molecular simulations2011

    • 著者名/発表者名
      X-Q. Yao
    • 学会等名
      蛋白質研究所セミナー
    • 発表場所
      大阪大学蛋白質研究所(吹田市)
    • 年月日
      2011-03-04
  • [学会発表] シミュレーションで観る生体分子機械のゆらぎと機能2011

    • 著者名/発表者名
      高田彰二
    • 学会等名
      自然科学研究機構プロジェクト 「機能生命科学における揺らぎと決定」(招待講演)
    • 発表場所
      生理学研究所(岡崎市)
    • 年月日
      2011-02-23
  • [学会発表] Kinesin internal tension for the coordinated walk estimated by all-atom MD simulation2010

    • 著者名/発表者名
      R. Kanada, S. Takada
    • 学会等名
      第48回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      東北大学川内キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      20100920-22
  • [学会発表] Coarse-grained simulation of protein-DNA complex: mechanical unzipping of nucleosome2010

    • 著者名/発表者名
      H. Kenzaki, S. Takada
    • 学会等名
      第48回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      東北大学川内キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      20100920-22
  • [学会発表] Functionally rotating mechanism of a multidrug transporter studied2010

    • 著者名/発表者名
      X-Q. Yao, H. Kenzaki, S. Takada
    • 学会等名
      第48回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      東北大学川内キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      20100920-22
  • [学会発表] Nucleosome unwrapping dynamic studied by coarse-grained molecular simulations2010

    • 著者名/発表者名
      M. Takayama, H. Kenzaki, S. Takada
    • 発表場所
      東北大学川内キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      20100920-22
  • [学会発表] Coarse-grained model of RNA-protein complexes based on all-atom simulations2010

    • 著者名/発表者名
      N. Hori, W. Li, S. Takada
    • 発表場所
      東北大学川内キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      20100920-22
  • [学会発表] Molecular Dynamics Simulation Study of p53 Intrinsically Disordered N Terminal Domain2010

    • 著者名/発表者名
      T. Terakawa, S. Takada
    • 発表場所
      東北大学川内キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      20100920-22
  • [学会発表] Modeling Rhodopsin active conformation (Meta II) by molecular dynamics simulations2010

    • 著者名/発表者名
      F. Sakai, S. Takada
    • 発表場所
      東北大学川内キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      20100920-22
  • [学会発表] p53のN末端天然変性ドメインの分子動力学シミュレーション研究2010

    • 著者名/発表者名
      寺川剛, 高田彰二
    • 学会等名
      第10回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(札幌市)
    • 年月日
      20100616-18
  • [学会発表] Modulations of protein allosteric dynamics by physicochemical features2010

    • 著者名/発表者名
      W. Li, S. Takada
    • 学会等名
      Characterizing Landscapes: From Biomolecules to Cellular Networks
    • 発表場所
      Telluride(USA)
    • 年月日
      20100614-18
  • [学会発表] Functionally rotating mechanism of a multidrug transporter studied by coarse-grained simulation2010

    • 著者名/発表者名
      X-Q. Yao, H. Kenzaki, S. Takada
    • 学会等名
      揺らぎと生体機能第4回公開シンポジウム
    • 発表場所
      滋賀県立県民交流センターピアザ淡海(大津市)
    • 年月日
      2010-11-30
  • [学会発表] ENSEMBLE MODELING OF P53 INTRINSICALLY DISORDERED N-TERMINAL DOMAIN BY COMBINING MULTI-SCALE SIMULATIONS WITH NMR EXPERIMENTS2010

    • 著者名/発表者名
      T. Terakawa, S. Takada
    • 学会等名
      揺らぎと生体機能第4回公開シンポジウム
    • 発表場所
      滋賀県立県民交流センターピアザ淡海(大津市)
    • 年月日
      2010-11-30
  • [学会発表] CG modeling of biomolecular machines: Specificity, non-linearity, and function2010

    • 著者名/発表者名
      S. Takada
    • 学会等名
      Characterizing Landscapes: From Biomolecules to Cellular Networks(招待講演)
    • 発表場所
      Telluride(USA)
    • 年月日
      2010-07-05
  • [図書] アンサンブルvol.12, No.2(ハミルトニアンレプリカ交換法)2010

    • 著者名/発表者名
      高田彰二
    • 総ページ数
      4
    • 出版者
      分子シミュレーション研究会、
  • [図書] 生物物理2010

    • 著者名/発表者名
      高田彰二
    • 総ページ数
      2
    • 出版者
      日本生物物理学会、
  • [図書] タンパク質の立体構入門--基礎から構造バイオインフォマティクスへ--, 編集:藤博幸(2章タンパク質構造の物理化学,5章アミノ酸配列からの構造予測とデザイン,6 章分子シミュレーション的な技法)2010

    • 著者名/発表者名
      高田彰二
    • 総ページ数
      81
    • 出版者
      講談社

URL: 

公開日: 2014-08-29  

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