レーザー照射によるアミロイド線維の破壊機構を分子動力学シミュレーションで解明する

タンパク質は本来正しく折りたたみ、生命にとって必要不可欠な機能を果たす。しかし、時に凝集し、そのタンパク質凝集体が病気を引き起こすことがある。これまでに約40種類の神経変性疾患がタンパク質凝集体により引き起こされることが分かっている。これらのタンパク質凝集体に赤外自由電子レーザーを照射して破壊し、新しい治療法開発につなげようという試みが行われている。しかし、タンパク質凝集体が自由電子レーザーにより破壊される機構は分かっていなかった。昨年度、アルツハイマー病の原因となるアミロイドβ（Aβ）ペプチドの凝集体について赤外自由電子レーザーを照射する過程を調べる分子動力学シミュレーションを行い、その破壊過程を原子レベルで初めて解明した。今年度はポリアラニン病の原因物質であるポリアラニン凝集体に対して自由電子レーザーを照射する分子動力学シミュレーションを実行した。具体的にはまず、ポリアラニンのアミロイド線維中の分子間βシートを形成しているC=O結合の伸縮振動スペクトルを計算し、共鳴周波数を特定した。次にその振動数で振動する電場をかける非平衡分子動力学シミュレーションを行った。実験と同じように一定時間間隔をあけて次々とパルス状の電場をかけた。この系について分子間βシート構造が破壊される過程を観察した。その結果、(1)ポリアラニンの凝集体もAβペプチド凝集体と同じように自由電子レーザーにより破壊されること、(2) ポリアラニンの凝集体のほうがAβペプチド凝集体よりも破壊されにくいことが初めて明らかになった。今後はなぜポリアラニン凝集体はAβペプチド凝集体よりもレーザーで破壊されにくいのか、その理由の解明に取り組む。これまでAβペプチド凝集体の研究で周辺の水分子が凝集体の破壊に重要な働きを担っていることが分かったので、水分子とタンパク質凝集体の相互作用に注目して解析を続ける。

タンパク質は本来正しく折りたたみ、生命にとって必要不可欠な機能を果たす。しかし、時に凝集し、そのタンパク質凝集体が病気を引き起こすことがある。これまでに約40種類の神経変性疾患がタンパク質凝集体により引き起こされることが分かっている。これらのタンパク質凝集体に赤外自由電子レーザーを照射して破壊し、新しい治療法開発につなげようという試みが行われている。しかし、タンパク質凝集体が自由電子レーザーにより破壊される機構は分かっていなかった。昨年度、アルツハイマー病の原因となるアミロイドβ（Aβ）ペプチドの凝集体について赤外自由電子レーザーを照射する過程を調べる分子動力学シミュレーションを行い、その破壊過程を原子レベルで初めて解明した。今年度はポリアラニン病の原因物質であるポリアラニン凝集体に対して自由電子レーザーを照射する分子動力学シミュレーションを実行した。具体的にはまず、ポリアラニンのアミロイド線維中の分子間βシートを形成しているC=O結合の伸縮振動スペクトルを計算し、共鳴周波数を特定した。次にその振動数で振動する電場をかける非平衡分子動力学シミュレーションを行った。実験と同じように一定時間間隔をあけて次々とパルス状の電場をかけた。この系について分子間βシート構造が破壊される過程を観察した。その結果、(1)ポリアラニンの凝集体もAβペプチド凝集体と同じように自由電子レーザーにより破壊されること、(2) ポリアラニンの凝集体のほうがAβペプチド凝集体よりも破壊されにくいことが初めて明らかになった。今後はなぜポリアラニン凝集体はAβペプチド凝集体よりもレーザーで破壊されにくいのか、その理由の解明に取り組む。これまでAβペプチド凝集体の研究で周辺の水分子が凝集体の破壊に重要な働きを担っていることが分かったので、水分子とタンパク質凝集体の相互作用に注目して解析を続ける。