2011 Fiscal Year Annual Research Report
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22370058
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
林 重彦 京都大学, 理学研究科, 准教授 (70402758)
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| Keywords | タンパク質機能 / 酵素反応 / QM/MM-FF法 / 分子動力学法 / 構造変化経路探索 / 線形応答理論 / カルモジュリン / 分散-共分散行列 |
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| Research Abstract |
本課題研究は、酵素反応解析のためのQM/MM自由エネルギー法、及び大域的タンパク質構造変化のシミューレーションを行うlinear response path following(LRFE)法を開発することにより、タンパク質機能発現の分子機構を解明することを目的とする。
本年度は以下の成果を得た。(i)ReweightingによるQM/MM-FE法の開発(QM/MM RWFE-SCF法)。通常のMD法により得られるMM構造のサンプルよりQM/MM自由エネルギー汎関数を構築し、その変分によりSCF計算を行うQM/MM RWFE-SCF法を開発した。MM構造サンプルの収束性を検討し適切な構造最適化プロトコルを確立した。その手法をアミラーゼのグリコシル結合加水分解反応に適用し、反応の進行に伴うタンパク質の大域的な構造変化を見出した。また、自由エネルギー摂動法により、反応の活性化自由エネルギーを求めることにより、上記のタンパク質の大域的変化が、酵素反応触媒活性に重要な役割を果たしていることを見出した。(ii)LRFE法の開発。カルモジュリンのN末端ドメインに対して、カルシウムイオン結合による大域的構造変化をテスト系にして開発を行った。外力の大きさ及びMDによる緩和時間の検討を行い、構造変化追跡のプロトコルの確立を行った。現在まで、400nsの時点でカルシウムイオン結合の形成まで成功しているトラジェクトリを得ており、更なる計算によりNMR構造の到達に成功すると期待される。また、コントロール計算として、通常のMDシミュレーションを行なっているが、1μ秒に置いても顕著な変化が見られないことを確認した。(iii)ロドプシンの中間状態の同定。MDシミュレーションを行い、ロドプシンの初期中間状態のモデリングを行い、またQM/MM計算により吸収及び振動スペクトルの計算を行った。
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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
交付申請書に記載した目的については、多少の前後はあるものの、概ね順調に達成している。QM/MM-FE法については、手法とプロトコルの確立に至り、今後計画しているロドプシンなどの他のタンパク質への適用への準備が整った。また、LRPF法に関しては、もう少しで構造変化の完全な迫跡に成功する段階まで来ている。ロドプシンタンパク質についても、光サイクルの初期中間体においての解析がほぼ完了している。
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| Strategy for Future Research Activity |
QM/MM-FE法に関しては、今後、モータータンパク質やGタンパク質などに適用し、タンパク質構造変化と酵素活性の相関に関する解析を行なっていく。また、LRFE法に関しては、ロドプシンや他の膜タンパク質に適用していく。
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[Journal Article] Crystal structure of the channelrhodopsin light-gated cation channel2012
Author(s)
Hideaki E. Kato, Feng Zhang, Ofer Yizhar, Charu Ramakrishnan, Tomohiro Nishizawa, Kunio Hirata, Jumpei Ito, Yusuke Aita, Tomoya Tsukazaki, Shigehiko Hayashi, Peter Hegemann, Andres D. Maturana, Ryuichiro Ishitani, Karl Deisseroth, and Osamu Nureki
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Journal Title
Nature
Volume: 482
Pages: 369-374
Peer Reviewed
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