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2012 年度 実績報告書

タンパク質複合体形成・解離に関わるモードカップリング解析法開発

公募研究

研究領域揺らぎが機能を決める生命分子の科学
研究課題/領域番号 23107705
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 – 2013-03-31
キーワードダイナミクス / エネルギー地形 / 構造変化 / シミュレーション
研究実績の概要

本研究では、タンパク質の複合体形成や解離のメカニズムを、構成する原子の集団的自由度(モード)間のカップリングというコンセプトを踏まえて、従来よりも詳細なレベルで明らかにするシミュレーション手法を開発することを目指してきた。
第1の研究成果として、分子シミュレーションを応用した構造変化を効率的にサンプリングする手法の開発と自由エネルギー地形計算に進展があったことがあげられる。開発した効率的にサンプリングする手法の1つがTransform and Relax Sampling (TRS)と呼ぶシミュレーション法である。この手法は、シミュレーション中にシステムにランダムな摂動を与えることで、タンパク質のソフトモードを励起するシミュレーション法である。この手法は、複合体形成・解離にカップリングすると思われるモードをタンパク質が持っている本質的に性質に注目することで効率的に抽出することを可能にしたものだと解釈できる。また、粗視化モデルと全原子モデルを組み合わせて効率的な超並列シミュレーションを行うMSFEL法を用いた自由エネルギー計算をいくつかのシステムで実行した。
次に2つの状態間をつなぐトラジェクトリを生成するPaCS-MD の開発を進めた。これは完全に独立な複数のトラジェクトリからターゲット構造に近いものを選択するプロセスを繰り返すことで、システムにバイアスをかけることなしに2状態間を接続するトラジェクトリを生成するものである。このシミュレーション法はタンパク質のフォールディング・アンフォールディングやドメイン運動、更に複合体形成時の構造変化を研究するために有効であることが明らかになった。
更にタンパク質が形成する複合体モデルを生成し、エネルギー計算からこれらを評価する手法を開発した。これ以外にも、本領域に参画することで、いくつかの重要な共同研究が生まれた。

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Free-energy analysis of lysozyme-triNAG binding modes with all-atom molecular dynamics simulation combined with the solution theory in the energy representation2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Takemura, Raghunadha Reddy Burri, Takeshi Ishikawa, Takakazu Ishikura, Shun Sakuraba, Nobuyuki Matubayasi, Kazuo Kuwata and Akio Kitao
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lett.

      巻: 559 ページ: 94-98

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2012.12.063

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A theoretical study of the two binding modes between lysozyme and tri-NAG with an explicit solvent model based on the fragment molecular orbital method2013

    • 著者名/発表者名
      Takakazu Ishikura, Raghunadha Reddy Burri, Yuji O. Kamari, Shun Sakuraba, Nobuyuki Matubayasi, Akio Kitao and Kuwata Kazuo
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 15 ページ: 3646-3654

    • DOI

      10.1039/c3cp42761g

    • 査読あり
  • [雑誌論文] CyClus: A fast, comprehensive cylindrical interface approximation clustering/reranking method for rigid-body protein-protein docking decoys2013

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Omori and Akio Kitao
    • 雑誌名

      Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics

      巻: 未定 ページ: 未定

    • DOI

      10.1002/prot.24252

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of protein-protein docking model structures using all-atom molecular dynamics simulations combined with the solution theory in the energy representation2012

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Takemura, Guo Hao, Shun Sakuraba, Nobuyuki Matubayasi and Akio Kitao
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 137 ページ: 215105-1-10

    • DOI

      10.1063/1.4768901

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Water model tuning for improved reproduction of rotational diffusion and NMR spectral density2012

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Takemura and Akio Kitao
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 116 ページ: 6279-6287

    • DOI

      10.1021/jp301100g

    • 査読あり
  • [学会発表] Structure modeling of the stator in bacterial flagellar motor and implication for selective permeation mechanism of proton2013

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      JSPS二国間交流事業 第4回日仏セミナー『細胞内の時間・空間階層構造のイメージング-分子から細胞に至るダイナミクス俯瞰-』
    • 発表場所
      Spring8 及びSACLA (兵庫県)
    • 年月日
      2013-01-07 – 2013-01-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Multi-scale modeling of protein complex structures2012

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao
    • 学会等名
      Mini-Symposium on Modeling, Simulation and Function of Biomolecular Assemblies
    • 発表場所
      東京大学伊藤国際学術センター (東京都)
    • 年月日
      2012-11-09 – 2012-11-09
  • [学会発表] Molecular Dynamics Simulation of Protein Using Robot Dynamics Algorithm2012

    • 著者名/発表者名
      山守優,竹村和浩,北尾彰朗
    • 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 (愛知県)
    • 年月日
      2012-09-22 – 2012-09-24
  • [学会発表] 水とタンパク質の構造揺らぎの理論解析2012

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗
    • 学会等名
      新学術合同交際シンポジウム「ゆらぎと水―生命のエネルギーと機能の分子機構を探る
    • 発表場所
      大阪ガーデンパレス (大阪府)
    • 年月日
      2012-09-14 – 2012-09-15
    • 招待講演
  • [学会発表] 高圧下におけるαアクチン構造安定性の理論的解析(Theoretical Analysis of alpha-Actin Stability at High Pressure)2012

    • 著者名/発表者名
      若井信彦,竹村和浩,森田貴己,北尾彰朗
    • 学会等名
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場 (愛知県)
    • 年月日
      2012-06-20 – 2012-06-22
  • [備考] 東京大学分子細胞生物学研究所計算分子機能研究分野

    • URL

      http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/MolDes/

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公開日: 2018-02-02  

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