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2016 年度 実績報告書

多機能多ドメイン蛋白質の構造可塑性と機能統合:構造からシステムへの理論研究

研究課題

研究課題/領域番号 25251019
研究機関京都大学

研究代表者

高田 彰二  京都大学, 理学研究科, 教授 (60304086)

研究分担者 検崎 博生  国立研究開発法人理化学研究所, 情報基盤センター, 技師 (20402464)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワードタンパク質 / p53 / DnaA / Ste5 / シミュレーション
研究実績の概要

3つの多機能多ドメイン蛋白質システムをターゲットとして、リンカーなどの構造可塑性(ア
ロステリック効果)を通じてどのように複数の機能ドメインが相関し、機能統合を実現できる
のか、理論的に明らかにすることを目指した。3つのターゲットは、1)多機能性転写因子p53、2)染色体複製開始因子DnaA、3)MAP キナーゼ・シグナル伝達のscaffold 蛋白質Ste5である。
最終年度である今年度、主たる残った課題であった染色体複製開始因子DnaAに関して、昨年度までに粗視化シミュレーションにより構築した複製開始複合体構造モデルを全原子化し、その後全原子分子動力学シミュレーションを継続することで近原子分解能の構造モデルを得ることに成功した。また、九州大学の生化学実験の結果をもとに、様々な変異体oriCを計算機上に用意しその各々について複製開始複合体モデル構造を作成し、実験結果と照合した。計算と九州大学の生化学実験を総合して、学術論文にまとめ、Proc. Natl Acad. Sci. USA に発表することが出来た。
また、計算と実験の比較からのフィードバックとして、粗視化モデルを改良した。改良点は多数にわたるが、特にDNAのモデルとして塩基配列依存的な2本鎖B型DNAの曲がり等の物性を反映できる3SPN.2Cモデルと我々の蛋白質粗視化モデルの融合計算を可能にすることが出来た。この新規計算手法により、DNA上の転写因子等の蛋白質の拡散運動、蛋白質に起因するDNAの曲がりなどを詳細に取り扱うことが出来るようになった。我々が開発している粗視化シミュレーションソフトウエアCafeMolは、着実に更新されており、最新版3.0を2016年度8月末に公開し、多くのユーザーに利用されている。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 5件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Near-atomic structural model for bacterial DNA replication initiation complex and its functional insights2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shimizu, Yasunori Noguchi, Yukari Sakiyama, Hironori Kawakami, Tsutomu Katayama, and Shoji Takada
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences USA

      巻: 113 ページ: E8021-E8030

    • DOI

      10.1073/pnas.1609649113

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Histone acetylation dependent energy landscapes in tri-nucleosome revealed by residue-resolved molecular simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Le Chang and Shoji Takada
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 34441-13pages

    • DOI

      10.1038/srep34441

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dynamic Coupling among Protein Binding, Sliding, and DNA Bending Revealed by Molecular Dynamics2016

    • 著者名/発表者名
      Cheng Tan, Tsuyoshi Terakawa, and Shoji Takada
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 138 ページ: 8512-8522

    • DOI

      10.1021/jacs.6b03729

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] On the ATP binding site of the ε subunit from bacterial F-type ATP synthases2016

    • 著者名/発表者名
      Alexander Krah, and Shoji Takada
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta - Bioenergetics

      巻: 1857 ページ: 332-340

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2016.01.007

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Coarse-grained molecular simulations for giant protein-DNA complexes2017

    • 著者名/発表者名
      Shoji Takada
    • 学会等名
      American Physical Society Metting, New Orleans March 2017
    • 発表場所
      New Orleans(USA)
    • 年月日
      2017-03-13 – 2017-03-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] NEAR-ATOMIC STRUCTURAL MODEL FOR BACTERIAL DNA REPLICATION INITIAT ION COMPLEX AND ITS FUNCTIONAL INSIGHTS2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shimizu, Yasunori Noguchi, Yukari Sakiyama, Hironori Kawaka mi, Tsutomu Katayama, Shoji Takada
    • 学会等名
      Biophysical Society 61st Annual Meeting
    • 発表場所
      New Orleans(USA)
    • 年月日
      2017-02-11 – 2017-02-15
    • 国際学会
  • [学会発表] Protein folding and misfolding studied by molecular simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Shoji Takada
    • 学会等名
      International IPR Seminar “New Frontiers in Protein Misfolding and Aggregation”
    • 発表場所
      Institute for Protein Research(Osaka)
    • 年月日
      2017-01-26 – 2017-01-27
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 細菌DNA複製開始複合体の近原子構造モデルと機能解析2016

    • 著者名/発表者名
      清水将裕、野口泰徳、﨑山友香里、川上広宣、片山勉、高田彰二
    • 学会等名
      第39回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2016-11-30 – 2016-12-01
    • 招待講演
  • [学会発表] 微小管上での細胞質ダイニンの運動メカニズムに関する分子シミュレーション研究2016

    • 著者名/発表者名
      久保進太郎, 高田彰二
    • 学会等名
      第39回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2016-11-30 – 2016-12-01
  • [学会発表] リンカーDNA により繋がっているダイヌクレオソーム構造のサンプリング2016

    • 著者名/発表者名
      検崎博生, 高田彰二
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば市)
    • 年月日
      2016-11-25 – 2016-11-27
  • [学会発表] 細胞質ダイニンの構造変化を伴う運動メカニズムに関する分子シミュレーション研究2016

    • 著者名/発表者名
      久保進太郎, 高田彰二
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば市)
    • 年月日
      2016-11-25 – 2016-11-27
  • [学会発表] Structural modeling of the subnucleosome using coarse-grained molecular dynamics simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shimizu, Shoji Takada
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば市)
    • 年月日
      2016-11-25 – 2016-11-27
  • [学会発表] Multiscale Modeling of Flexible Biomolecular Complex2016

    • 著者名/発表者名
      Shoji Takada
    • 学会等名
      4th International Conference on Molecular Simulation (ICMS 2016)
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      2016-10-23 – 2016-10-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] タンパク質DNA複合体のマルチスケールモデリング:粗視化モデルから原 子モデル構造の構築2016

    • 著者名/発表者名
      清水将裕, 高田彰二
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(神戸市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-15
  • [学会発表] 細胞質ダイニンの歩行運動メカニズムに関する分子シミュレーション研究2016

    • 著者名/発表者名
      久保進太郎, 高田彰二
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(神戸市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-15
  • [学会発表] 「ヒストンタンパク質のリサイクル機構」-分子シミュレーション によるアプローチ-2016

    • 著者名/発表者名
      清水将裕, 高田彰二
    • 学会等名
      第4回動的クロマチン班会議
    • 発表場所
      ルスツリゾート(北海道)
    • 年月日
      2016-07-07 – 2016-07-08
  • [学会発表] Co-translational folding reaction mechanisms studied by molecular simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Shoji Takada
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡市)
    • 年月日
      2016-06-07 – 2016-06-09
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞質ダイニンの歩行運動メカニズムに関する粗子化MD計算2016

    • 著者名/発表者名
      久保進太郎, 高田彰二
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡市)
    • 年月日
      2016-06-07 – 2016-06-09
  • [学会発表] Multiscale Modeling of Molecular Motors and Dynamic Protein-Nucleic Acid Complexes2016

    • 著者名/発表者名
      Shoji Takada
    • 学会等名
      Molecular Machines of Life: Simulation Meets Experiment
    • 発表場所
      Hong Kong(China)
    • 年月日
      2016-05-23 – 2016-05-27
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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