2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15H05594
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
森 貴治 国立研究開発法人理化学研究所, 杉田理論分子科学研究室, 研究員 (90402445)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 膜タンパク質 / 分子動力学計算 / イオンチャネル / 生体膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、多量体から構成されるイオンチャネルがいくつか報告されている。例えば、NaK, MscL, MscSチャネルは、それぞれ4, 5, 6量体から構成され、いずれも外部刺激に応答して膜貫通ヘリックスが傾くことで、チャネルの開閉を実現している。これらのイオンチャネルは、アミノ酸配列の相同性が無いにもかかわらず、同様の構造変化を起こすという共通性があるため、多量体構造そのものに機能発現に関する基本原理があると考えられる。本研究では、多量体型イオンチャネルの構造変化を、分子動力学シミュレーションにより解析し、イオンチャネル開閉のメカニズムを解明することを目指す。昨年度、全原子モデルを用いたイオンチャネルの拡張アンサンブルシミュレーションを行ったが、計算可能な時間スケールの範囲内で、大きな構造変化を観察することができなかった。そこで、本年度は構造変化をより強く誘起させるために、陰的溶媒モデルを用いたシミュレーションを実施した。本研究室で開発している分子動力学シミュレーションソフトウェア GENESIS に implicit membrane model を導入し、拡張アンサンブル法と組み合わせた。４量体型イオンチャネルである NaK チャネル (Closed 状態) の計算を行ったところ、ポアを形成しているヘリックス４本が同時ではなく、順々に傾きOpen 状態に近づく様子が観察され、これまで考えられてきた機構とは異なる、しかしながら合理的な構造変化をすることが示唆された。今後、最適なパラメーターやモデルの精密化を検討し、全原子モデルを用いた計算と連成させる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度のシミュレーションでは、全原子モデルを用いたために計算可能な時間スケール内でチャネルの構造変化を観察できず、次のステップである自由エネルギー計算に進めなかったが、本年度、計算精度を落とした陰的溶媒モデルを新たに導入したことで、当初期待していたチャネルの構造変化をほぼ再現できる段階にきた。現在、最適なパラメーターの検討や新規モデルの提案も行っており、研究はやや遅れているが、最終年度に向けて研究を加速させたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
陰的溶媒モデルを用いてイオンチャネルの構造変化をほぼ再現できる段階にきたため、現在、最適なパラメーターの検討を行っている。シミュレーションの回数も1回では足りないため、初期条件を変えて何度も実行し、初期条件依存性が無いことを確認する。その後、得られた開閉運動のトラジェクトリーを初期パスとして、チャネルを膜に埋め込み、全原子モデルを用いたパスサンプリングを実施し、チャネルが開閉するときの自由エネルギー変化を計算する。
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Research Products
(1 results)
