2012 Fiscal Year Annual Research Report
溶液論と計算科学的手法によるＡＢＣトランスポータの構造変化と機能発現機構の解明
| Project Area | Water plays a key role in ATP hydrolysis and ATP-driven functions of proteins |
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| Project/Area Number |
20118006
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
櫻井 実 東京工業大学, バイオ研究基盤支援総合センター, 教授 (50162342)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原野 雄一 大阪大学, たんぱく質研究所, 准教授 (60456259)
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| Project Period (FY) |
2008-04-01 – 2013-03-31
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| Keywords | ABCトランスポーター / ATP / 水 / 自由エネルギー / MDシミュレーション / 水和エントロピー / 水和エンタルピー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．前年度ABCトランスポーターCFTRのinward-facing構造に対するMDシミュレーションを行い、NBDにATPが結合しているときのみNBDが二量体化することを示した。本年度では、数10Åも離れた2つのNBDがATPが存在するとなぜ接近し接着するのかを解明するため、MDシミュレーションのトラジェクトリーデータからNBD部分のみをピックアップし、3D-RISM法で水和の熱力学量を計算した。その結果、NBDの接近過程は水和エンタルピーによって、接触・結合過程は水和エントロピーによって駆動されていることが判明した。
２．ATPの加水分解の役割を調べるため、NBD二量体化の自由エネルギーを次の3つの状態について計算した。すなわち、1)加水分解前で２つのATPが結合している状態、2)加水分解直後でADP+Piの状態、3)Pi放出後で2つのADPが結合している状態。その結果、1)では６～７kcal/mol程度の結合エネルギー利得が得られた。2)では2.5kcal/mol程度まで減少していたが、まだ二量体の形成に十分なエネルギー利得があった。3)のPi放出後はじめて結合エネルギーは正となり二量体は解離することが判明した。したがって、ATPの加水分解が直接の原因となって蛋白質の運動が誘起されることは考えにくい。なお、1)と2)の状態でNBD二量体化の自由エネルギーが負になる主要な原因は水のエントロピー効果であることが判明した。
３．TM287/288のＸ線構造を鋳型としてCFTRのホモロジーモデリングをやり直し、MDシミュレーションを実行した。NBDにATPが結合した系では、ATP分子がWalker AとSignatureモチーフにサンドイッチされることによりNBDが二量体化するとともに、TMDも明白な構造変化を示し、塩素イオンの輸送経路が形成されることが見出された。
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| Research Progress Status |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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