2023 Fiscal Year Annual Research Report
分子シミュレーションによるタンパク質化学反応ダイナミクスの解明
| Project Area | Non-equilibrium-state molecular movies and their applications |
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| Project/Area Number |
20H05453
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
宮下 治 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 上級研究員 (10620528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
庄司 光男 筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (00593550)
篠田 恵子 統計数理研究所, ものづくりデータ科学研究センター, 特任助教 (80646951)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | タンパク質 / 分子動力学シミュレーション / 量子古典混合計算 / 動的構造解析 / 化学反応解析 / プロトン化 / 可視紫外吸収スペクトル帰属 / タンパク質-膜間相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
時分割SFX実験のデータ解析を支援するための新しいソフトウェアを開発した。このツールは、SFX実験データからの差電子密度マップ作成やマップの解析による動きの大きい残基の特定、さらに構造変化の時間発展を可視化する機能を提供することで観測データからタンパク質内の構造変化を理解することを支援する。また、XFEL単粒子観測の多量の散乱パターンから画像自己相関に関する統計量を取得し、それをもとに3次元構造を推定する新しいアルゴリズムを開発した。また、クライオ電子顕微鏡画像データから観測対象分子の構造多形を評価するハイブリッドモデリングアプローチを開発した。
銅含有アミン酸化酵素の還元的半反応最終中間状態（セミキノンラジカル状態）を高分解能で構造解析がなされたため、プロトン化状態及び吸収スペクトル帰属について電子状態解析を実施した。タンパク質に結合した金属錯体の光反応解析についても理論解析を進め、光反応過程に現れる中間状態の構造と安定性を解析した。領域内他班との研究連携も進展し、理論解析を実施した。反応解析で培ったアルゴリズムを応用することで、アミノ酸のキラリティ起源及びキラリティ増幅についての理論解析が可能になった。
実験グループとの共同研究において、実験で用いた膜と同じ脂質組成の大腸菌膜や乳酸菌膜を構築し、それらに埋め込まれた膜輸送体LmrAやMsbA、MSFのMDシミュレーションを実施した。LmrAではNaイオンの輸送に関与するアミノ酸の同定に貢献し、MsbAでは基質lipidAの輸送メカニズムに膜脂質が関わっていることを示した。MSFでは、基質の結合により引き起こされるヘリックス間相互作用の変化が基質の輸送能に影響を与えることを見出し、その知見を用いた高輸送能変異体予測に成功し論文化した。
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| Research Progress Status |
令和5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 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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