液体論に根ざしたV1-ATPアーゼ回転メカニズムの描像構築

基于液体理论构建V1-ATP酶旋转机制图

• 批准号: 21K06108
• 负责人: 安田 賢司
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06108/
• 关键词: V1-atpase; 水和エントロピー; 分子モーター; V1ATPase; V1-ATPアーぜ; 水和エネルギー; 自由エネルギー関数

ATP駆動タンパク質はATPの加水分解により得られる化学エネルギーを力学エネルギーに変換することで機能すると考えられている。一方で、ATP駆動分子モーターの F型ATPaseの回転メカニズムに関して「パッキングの不均一性と水のエントロピー効果により回転が引き起こされる」という従来とは異なる描像が先行研究により提案されている。そこで本研究では様々なヌクレオチド結合状態の立体構造が得られているV1-ATPaseに対して水和エントロピーに着目した熱力学量の解析を行うことにより、上記の描像で不明確であった部分を明らかにし、回転メカニズムの描像確立に取り組む。以下に当該年度の研究成果を記載する。一方向回転におけるDF軸の役割---DF軸ありとなしの構造を比較した結果、V1-atpaseに関しては、DF軸の存在がA3B3サブユニットのパッキングの不均一性に重要な役割を果たしていることが判明した。これはα3β3のみでも不均一性が見られたF1-atpaseとは異なる特徴であった。一方向回転の描像の確立---A3B3DFにおいて、3つのABサブユニットペアのパッキングは不均一であり、その状態において水のエントロピーが最大化されている。しかし、ATPの結合、ATPの加水分解、ADP及びPiの離脱は自由エネルギーの低下をもたらし自発的に起こる現象であるため、これが水のエントロピーを最大化したA3B3DF構造に摂動をかけ、構造の再構築を引き起こす。ATPが加水分解されると、そのABペアのパッキングは緩くなる。そのエントロピー損失を補うためにATPの結合していないABサブユニットのパッキングが密になる。このように構造変化するA3B3とのパッキングを最大にするようにDFサブユニットは一方向回転する。

ATP 駆 dynamic タ ン パ ク qualitative は の ATP hydrolysis に よ り have ら れ る chemical エ ネ ル ギ ー を mechanics エ ネ ル ギ ー に variations in す る こ と で function す る と exam え ら れ て い る. Party で, 駆 ATP molecules モ ー タ ー の F type ATPase の back planning メ カ ニ ズ ム に masato し て "パ ッ キ ン グ の heterogeneity sex と water の エ ン ト ロ ピ ー unseen fruit に よ り back planning が lead き up こ さ れ る" と い う 従 to と は different な る stroke like が leading research に よ り proposal さ れ て い る. そ こ で this study で は others 々 な ヌ ク レ オ チ ド combining state の three-dimensional structure が have ら れ て い る V1 - ATPase に し seaborne て water and エ ン ト ロ ピ ー に with mesh し た thermodynamic analytical line を う の こ と に よ り, written の trace as unclear で で あ っ た part を Ming ら か に し, back to the planning メ カ ニ ズ ム の trace as established に む り group. The following に when the を research results of the year を record する. A direction back to the planning に お け る DF shaft cut - DF の service shaft あ り と な し を の structure comparison し た results, V1 - atpase に masato し て は exist, DF shaft の が A3B3 サ ブ ユ ニ ッ ト の パ ッ キ ン グ の was a sexual に important な "を cut fruit た し て い る こ と が.at し た. <s:1> れ られた α3β3 <s:1> みで みで が heterogeneity が see られたF1-atpaseと variance なる characteristics であった. A direction back to the planning の tracing - like の established A3B3DF に お い て, 3 つ の AB サ ブ ユ ニ ッ ト ペ ア の パ ッ キ ン グ は heterogeneity で あ り, そ の state に お い て water の エ ン ト ロ ピ ー が maximize さ れ て い る. し か の し, ATP の combination, ATP hydrolysis, ADP and び Pi の from は off free エ ネ ル ギ ー の low を も た ら し since the 発 に こ る phenomenon で あ る た め, こ れ が water の エ ン ト ロ ピ ー を maximize し た に A3B3DF structure, dynamic を か け build を lead き again, tectonic の こ す. ATPが is decomposed by adding water to されると, そ, <s:1>, ABペア, パッキ, グ, グ and くなる. そ の エ ン ト ロ ピ ー loss を fill う た め に ATP の combining し て い な い AB サ ブ ユ ニ ッ ト の パ ッ キ ン グ が dense に な る. The <s:1> ように structural variation するA3B3と パッキ パッキ グを グを maximum にするようにDFサブユニット 転する returns in one direction 転する.

项目成果

統計熱力学計算と進化分子工学を融合した GPCR 耐熱化置換体の構築手法の開発

结合统计热力学计算和进化分子工程开发构建GPCR耐热取代基的方法

• 发表时间: 2022
• 作者: 安田 賢司;菅谷 幹奈;佐藤 愼吾;藤木 祐美;陳 思思;林 智彦;小笠原 諭;木下 正弘;村田 武士
• 通讯作者: 村田 武士

A methodology for creating thermostabilized mutants of G‐protein coupled receptors by combining statistical thermodynamics and evolutionary molecular engineering

结合统计热力学和进化分子工程创建 G 蛋白偶联受体热稳定突变体的方法

• DOI: 10.1002/pro.4404
• 发表时间: 2022
• 期刊: Protein Science
• 影响因子: 8
• 作者: Sugaya Kanna;Yasuda Satoshi;Sato Shingo;Sisi Chen;Yamamoto Taisei;Umeno Daisuke;Matsuura Tomoaki;Hayashi Tomohiko;Ogasawara Satoshi;Kinoshita Masahiro;Murata Takeshi
• 通讯作者: Murata Takeshi

理論計算と進化分子工学の融合によるリガンド結合非依存的に活性型へシフトする GPCR 変異体 のスクリーニング

通过结合理论计算和进化分子工程，筛选独立于配体结合而转变为活性形式的GPCR突变体

• 发表时间: 2022
• 作者: 山本 大生;笠井 倫志;肥喜里 志門;藤原 敬宏;中野 僚介;菅谷 幹奈;安田 賢司;小笠原 諭;白石 充典;木下 正弘; 村田 武士
• 通讯作者: 村田 武士

A screening method for stabilized active GPCR mutants by combining statistical thermodynamics and evolutionary molecular engineering

一种结合统计热力学和进化分子工程的稳定活性GPCR突变体的筛选方法

• 发表时间: 2022
• 作者: Kondo Toru;Mutoh Risa;Arai Shun;Kurisu Genji;Oh-oka Hirozo;Fujiyoshi Satoru;Matsushita Michio;山本 大生
• 通讯作者: 山本 大生