蛋白質水和構造のインフォマティクス

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13480214
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中迫 雅由 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 講師 (30227764)
• Keywords: 蛋白質 / 水和構造 / 低温結晶解析 / バイオインフォマティクス / 蛋白質水和 / ガラス転移 / X線結晶構造解析

Research Abstract

1.極低温解析で得られる水和構造と分子動力学計算の整合性の検討
極低温解析で得られる水和水由来の電子密度分布と1ナノ秒程度の分子動力学計算で得られる体積平均質量分布から計算される電子密度分布の相関を見ることで、これら2つの手法で取得される水和構造の整合性を検討した。両者で得られた平均構造は良い一致を示し、また、蛋白質周辺に大規模な水分子双極子モーメントの選択的配向が見出された(Journal of Computational Chemistryに投稿中)。
2.水和構造の分類とデータベース化のためのプログラム開発
高分解能極低温解析で得られている水和構造をプロテインデータバンクより抽出分類し、極性原子団、非極性原子団との相互作用形態、蛋白質表面からの距離、蛋白質表面形状、蛋白質表面の静電ポテンシャルとの相関を調べるために、既に開発してある蛋白質水和構造解析プログラムFESTKOPを雛型として、コーディング作業を行っている。
3.極低温X線結晶構造解析
蛋白質の極低温立体構造解析では水和構造未知の蛋白質を取り上げ、次年度の水和構造予測プログラムの性能を検討するため基礎データとした(Journal of Biological Chemistryに投稿中)。また、結晶化された蛋白質の中で、特に原子分解能での構造解析が可能な蛋白質については、スプリング8でのデータ収集を30K〜180Kの間で行い、水和構造の動的性質と蛋白質ダイナミクスの相関、特に、蛋白質のガラス転移における水分子の役割の解明に向けた構造データ、熱振動データの取得を行った。実験室で得られたヒトリゾチームのガラス転移に関連する構造解析を基準振動精密化法を用いて行った。(Acta Crystallographica section Dに投稿中)

Research Products

• [Publications] M.Nakasako: "Structural characteristics in protein hydration investigated by cryogenic X-ray crystal structure analyses"Journal of Biological Physics. (in press). (2002)
• [Publications] M.Nakasako, M.Sawano, M.Kawamoto: "An open-flow helium cryostat for cryogenic X-ray diffraction experiments"Review of Scientific Instruments. (in press). (2002)
• [Publications] T.Motoyama, M.Nakasako, I.Yamaguchi: "Crystallization of scytalone dehydratase F162A mutant in the unligated state and a preliminary X-ray diffraction study at 37 K"Acta Crystallographica Sect. D. (in press). (2002)
• [Publications] M.Nakasako, F.Tsuchiya, Y.Arata: "Roles of hydration water molecules in molecular packing of the killer toxin in its crystalline state investigated by cryogenic X-ray crystallography"Biophysical Chemistry. (in press). (2002)
• [Publications] I.Endo, M.Noziri, M.Tsujimura, M.Nakasako, S.Nagashima, et al.: "Fe-type Nitrile Hydratase"Journal of Inorganic Biochemistry. 83. 247-253 (2001)
• [Publications] M.Nakasako, T.Fujisawa, S.Adachi, T.Kudo, S.Higuchi: "Large-scale domain movements and hydration structure changes in the active-site cleft in unligated glutamate dehydrogenase from Thermococcus profundus"Biochemistry. 40. 3069-3079 (2001)
• [Publications] M.Nakasako, H.Nomura, H.Ogawa, C.Toyoshima: "Crystal structure analyses of membrane proteins : a case study for calcium pump from sarcoplasmic reticulum"The Japanese Journal of Pharmacology. 85(Suppl. I, Sl-1). (2001)
• [Publications] 豊島 近, 中迫雅由, 野村博美, 小川治夫: "筋小胞体カルシウムポンプの構造決定"蛋白質・核酸・酵素. 46. 1374-1380 (2001)
• [Publications] 豊島 近, 中迫雅由, 野村博美, 小川治夫: "筋小胞体カルシウムポンプの構造決定"放射光. 14. 204-210 (2001)
• [Publications] N.Nakasako, M.Sawano, M.Kawamoto: "Development of an open-flow cryostat utilizing helium gas"The Rigaku Journal. 18. 47-53 (2001)
• [Publications] 中迫雅由, 澤野成民, 河本正秀: "低温ヘリウムガス吹き付け型結晶冷却装置の開発"理学電機ジャーナル. 32. 8-15 (2001)
• [Publications] M.Nakasako: "Large-scale networks of hydration water molecules around proteins investigated by cryogenic X-ray crystallography"Cellular and Molecular Biology. 47. 767-790 (2001)