変異体情報に基づく回転モーター固定子タンパク質の立体構造モデリングと機能解析

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23370066
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 北尾 彰朗 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 准教授 (30252422)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 生体膜 / 受容体 / チャネル / 立体構造モデリング

研究実績の概要

MotA/B複合体は1本の膜貫通へリックスとペプチドグリカン結合ドメイン（PBD）からなるMotBの２量体を中心に、4本の膜貫通へリックス（TM1-4）をもつMotAの4量体が取り囲んでいると考えられている。目的（１）プロトン駆動型べん毛回転モーターMotA/Bの立体構造モデリングは、23年度で完成し、その後、我々は目的（２）MotA/Bの機能シミュレーションとメカニズム解明に取り組んできた。
26年度は、イオンの選択性が1アミノ酸の変化によってもたらされるという実験的な解析を受け、シミュレーションによってどのような変化がみられるかを検討した。その結果、検討した二つのアミノ酸変異はイオンチャネルの一番狭い領域の半径を変化させることが明らかになった。これはアミノ酸変化があると小さなイオンしか透過しないという事実とよく対応していた。つまり、アミノ酸の違いによるイオンチャネル構造の変化がイオン選択性と密接にかかわっていることを示せた。
また、プロトン結合部位のであるMotBのAsp32をプロトン化した場合、MotAのヘリックス構造が変化することがシミュレーションから明らかになった。細胞質ドメインは今回の構造モデルには含まれていないが、これが剛体的に運動すると仮定するとプロトン化・非プロトン化のサイクルによって、細胞質ドメインの想定される回転子結合部位は平均5Å（最大11Å）変化することができることが示唆された。このことはプロトン透過が固定子の細胞質ドメインのラチェット的動きを誘起できることを意味する。これまでの研究すべてを取りまとめた論文を現在投稿中であり、近日中に出版されることを期待している。
目的（３）ナトリウムイオン駆動型べん毛回転モーターPomA/Bの立体構造モデリングと機能解明に関しては、まだモデリングシミュレーションが進行中であるが、今後もこの研究を進めていく予定である。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Design, synthesis and structure-activity relationship studies of novel sirtuin 2 (SIRT2) inhibitors with a benzamide skeleton (2015)
  • 著者名/発表者名: Taki Sakai, Yotaro Matsumoto, Minoru Ishikawa, Kazuyuki Sugita, Yuichi Hashimoto, Nobuhiko Wakai, Akio Kitao, Era Morishita, Chikashi Toyoshima, Tomoatsu Hayashi and Tetsu Akiyama
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 23 ページ: 328-339
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2014.11.027
  • 査読あり
• [雑誌論文] TRPV4 channel activity is modulated by direct interaction of the ankyrin domain to PI(4,5)P2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki Takahashi, Sayaka Hamada-Nakahara, Yuzuru Itoh, Kazuhiro Takemura, Atsushi Shimada,Yoshifumi Ueda, Manabu Kitamata, Rei Matsuoka, Kyoko Hanawa-Suetsugu, Yosuke Senju, Masayuki X. Mori, Shigeki Kiyonaka, Daisuke Kohda, Akio Kitao, Yasuo Mori and Shiro Suetsugu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 ページ: 4994(1-15)
  • DOI: 10.1038/ncomms5994
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ligand-Induced Protein Responses and Mechanical Signal Propagation Described by Linear Response Theories (2014)
  • 著者名/発表者名: Lee-Wei Yang, Akio Kitao, Bang-chieh Huang and Nobuhiro Go
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 107 ページ: 1415-1425
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2014.07.049
  • 査読あり
• [雑誌論文] タンパク質の柔らかな運動を誘起する分子シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 原田隆平,北尾彰朗
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 54 ページ: 167-171
  • DOI: 10.2142/biophys.54.167
  • 査読あり
• [雑誌論文] カスケード型超並列シミュレーションによるタンパク質構造遷移のパスウェイ探索 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西原泰孝, 原田隆平, 北尾彰朗
  • 雑誌名: 統計数理 巻: 62 ページ: 273-284
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conformational transition pathway and free energy analyses of proteins by parallel cascade selection molecular dynamics (PaCS-MD) (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuhei Harada, Yasutaka Nishihara, Nobuhiko Wakai, and Akio Kitao
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1618 ページ: 86
  • DOI: 10.1063/1.4897682
• [学会発表] Membrane deformation induced by proteins (2015)
  • 著者名/発表者名: Akio Kitao
  • 学会等名: 分子研研究会「生体分子の構造、ダイナッミクス、機能」「Architecture, dynamics, and functionality of molecular biosystems」
  • 発表場所: 自然科学研究機構 分子研 研究棟201セミナー室（愛知県・岡崎市）
  • 年月日: 2015-03-30 – 2015-03-31
  • 招待講演
• [学会発表] 高度な分子動力学によるタンパク質の機能シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 北尾彰朗
  • 学会等名: スーパーコンピュータワークショップ２０１５
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県・岡崎市）
  • 年月日: 2015-01-29 – 2015-01-30
  • 招待講演
• [学会発表] Observing soft functional motion of proteins in silico (2014)
  • 著者名/発表者名: Akio Kitao
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会シンポジウム
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular simulation of proteins: Pressure tolerance of deep-sea fish actin and membrane deformation induced by I-BAR domain (2014)
  • 著者名/発表者名: Akio Kitao
  • 学会等名: 1st SPIRITS Workshop“Manipulation of Integrated Molecular Reaction Processes in living cell
  • 発表場所: Kyoto/Campus Plaza Kyoto
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-02
  • 招待講演
• [学会発表] Conformational Transition Pathway and Free Energy Analyses of Proteins by Parallel Cascade Selection Molecular Dynamics (PaCS-MD) (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuhei Harada, Yasutaka Nishihara, Nobuhiko Wakai and Akio Kitao
  • 学会等名: International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (ICCMSE 2014)
  • 発表場所: Athens, Greece/Metropolitan Hotel
  • 年月日: 2014-04-04 – 2014-04-07
  • 招待講演