計算機実験による核酸結合蛋白質の塩基配列認識能力の予測と制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14598001
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 齋藤 稔 弘前大学, 理工学部, 教授 (60196011)
• Keywords: DNA / 塩基配列 / 塩基置換 / 塩基配列の認識 / 蛋白質 / 分子動力学シミュレーション / 自由エネルギー計算 / 結合自由エネルギー

Research Abstract

核酸結合蛋白質は、特定の塩基配列部位を正確に認識する。この機構の研究は、主に実験によってなされてきた。すなわち、核酸塩基対やアミノ酸を置換して機能への影響を調べた。しかし、これらを系統的に行うためには、かなりの時間と労力と経費がかかる。このような実験を計算機で行うことが本研究の目的である。まず初めに、違いの最も小さい塩基どうしを置換する。違いの最も小さいのはチミンとウラシルである。チミンのメチル基1個を水素原子に置き換えることによって、ウラシルに変換できる。筆者は、λ-repressorが結合するDNAコンセンサス配列のチミンをウラシルに置換して、λ-repressorの結合自由エネルギー変化を求めた。その結果、計算値(1.5kcal/mol)は、実験値(1.8kcal/mol)と良く一致した。次の段階として、メチル化されたDNA塩基対を認識する転写リプレッサー(MBD1)に適用する。MBD1は、メチル化されたシトシン-グアニン対を認識することが、横浜市大の白川グループによって報告された。また、彼らは、メチル化DNAとMBD1との複合体の溶液構造を明らかにした(2001年)。申請者の計算機実験の方法で、シトシン-グアニンのメチル基を分子置換法によって生成消滅させ、その際の結合自由エネルギーの変化を求め、白川グループの実験結果と比較し検証する。まず、メチル化されたシトシンの原子電荷をab initio分子軌道法によって決定した。現在、シミュレーションの準備が整ったところである。

Research Products

• [Publications] Saito M, Sarai A: "Free energy calculations for the relative binding affinity between DNA and λ-repressor"PROTEINS, 2003. (in press). (2003)
• [Publications] 斎藤稔: "化学フロンティア8、生体系のコンピュータ・シミュレーション"化学同人. 262 (2003)