2015 Fiscal Year Research-status Report
計算科学シミュレーションによる膜電位依存性チャネルVSOPの動作機構研究
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15K07037
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| Research Institution | Kinki University |
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Principal Investigator |
米澤 康滋 近畿大学, 先端技術総合研究所, 教授 (40248753)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鷹野 優 広島市立大学, 情報科学研究科, 教授 (30403017)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 膜蛋白質 / 分子シミュレーション / プロトン透過 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膜蛋白質VSOPは、2006年に大阪大学の岡村グループによって同定された電位センサー部分のみを持ち小孔を持たない新規プロトンチャネル分子VSOP（Voltage-Sensor Only Protein）で、本年度はその分子動力学シミュレーションに着手しました。VSOPは単量体で機能を持ち、膜電位変化を膜貫通セグメントS4が感知して静止状態と活性状態間の構造変化を引き起こしてプロトン通過を制御する事が実験的に示唆されています。VSOPは今まで知られている最小のイオンチャネルでKvチャネルの1/10サイズで、かつシンプルな構造を持ち、未だに謎が多いイオンチャネルの基本機能であるイオン選択性及びゲーティング機構の解明に理想的な（日本発の）モデル蛋白質として注目され、その研究進展が大いに期待されています。
VSOPは精密で高速な全原子分子動力学シミュレーション計算が十分実施可能で計算科学による機能解明が大いに期待できます。本研究提案では、VSOPに様々な先進的な分子シミュレーション手法を活用してこれまで不明だった電位依存的チャネルの基本機能の解明を推進中です。本年度は、VSOP2量体のMDシミュレーションを実行してコイルドコイルの安定性に関わると予想されるTrp残基の役割をVSOPに関わる実験研究者と協力することで具体的に明らかにして国際学術雑誌に論文発表しました。さらに蛋白質の構造変化を容易に分子シミュレーションで駆動し得る新たな方法論を開発して国際学術雑誌に論文発表しました。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
VSOPの構造と機能の関わりを明らかにするための第一段階として脂質2重膜とVSOP2量体の全原子系を構築して長時間分子動力学（MD）シミュレーション計算を順調に開始することができました。得られたMDシミュレーションデータを詳細に解析し、実験研究者と密接に連携することでVSOPの2量体を安定化していると考えられるTrp残基の役割を具体的に明らかにしました。これらの研究成果を論文として国際学術雑誌 Journal of Biological Chemistryに掲載しました。加えて効率良く蛋白質構造変化を分子シミュレーションで誘起する手法を開発して国際学術雑誌 Journal of Computational Chemistry に論文掲載しました。この手法はVSOPのプトロン透過に関わる構造変化を解明する事に大いに役立つと考えています。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はVSOPのMDシミュレーションを更に発展させてVSOP構造とプロトン透過機構の関連をさらに明らかにしてゆく予定です。具体的には、これまでに得られているインアクティブなVSOP構造を基にアクティブなVSOP構造バイオインフォマティクスの技法を駆使して予測する研究を展開致します。さらにそのインアクティブ構造とアクティブ構造間のダイナミックな遷移過程を、新たに開発した分子シミュレーション手法を用いたMDシミュレーションで研究し、これまで不明であったプロトン移動経路を精細に解明する事を目指します。
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| Causes of Carryover |
当初購入予定していた高性能計算機は予算減額のため本年度は購入できませんでした。その為次年度に予算を繰り越しをしました。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰り越した予算を既存の計算機環境をより充実させる事などで有効に活用して今年度の研究発展に結びつける予定です。
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