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

利用分子动力学模拟阐明激光照射对淀粉样蛋白纤维的破坏机制

• 批准号: 21K06118
• 负责人: 奥村 久士
• 金额: $ 1.75万
• 依托单位: Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences
• 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-21K06118/
• 关键词: 分子動力学シミュレーション; アミロイド線維; ポリアラニン; 赤外線レーザー; アミロイドβペプチド; 水

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。

The original quality of the material is the original one, the original one is the original one, and the essential function of life is the necessary one and the fruit is the fruit.しかし, time に agglomeration し, そのタンパク性综合体が sick気をinducing き出こすことがある.これまでにAbout 40 kinds of divine diseases and diseases, がタンパク性综合体 によりsensitivity, こされることが分かっている.これらのタンパク infrared free electron にれーザーを irradiation して break磊し,新しいtreatment method is open to the treatment of the disease.しかし, タンパク Matter Condensation が Free Electron レーザーにより棊されるMechanism は分かっていなかった. Last year, the cause of the disease, Aβ (Aβ), the agglomerate, infrared free electrons, wasーをirradiation process をtuning べる molecular dynamics シミュレーションを行い, そのbreaking 壊 process をatomic レベルでInitial めて clarification した. This year's disease is caused by a substance called であるポリアニニン agglomerate に対してFree electron radiation and molecular dynamics. Specifically, the formation of intermolecular beta silica in the linear dimension of にはまず and ポリアラニンのアミロイドThe C=O combined stretching vibration スペクトルを calculation し, resonance frequency number を specific した. Sub にその vibration number で vibration する electric field を か け る non-equilibrium molecular dynamics シミュレー ションを行った.実験と Same as じようにA certain time interval をあけて times 々とパルス-shaped のelectric field をかけた. The structure of the intermolecular β シート is broken and the される process is inspected.その results, (1) ポリアラニンのcondensate もAβペプチドcondensate と同じようにfree electron レーザーにより波壊されること, (2)ポリアラニンのcondensate のほうがAβペプチドcondensate よりも波壊されにくいことが初めて明らかになった. From now on はなぜポリアラニン agglomerate はAβペプチド agglomerate よりもレーザーで波壊されにくいのか、そのreasonの解明にtakeり组む.これまでAβペプチドAβペプチドResearch on the agglomerate で Zhou躺のWater moleculesがagglomerateのbreaking壊にimportantな働きを恣ていることが分かったので, water molecules and とタンパク interaction of matter aggregates にpay attention to してANALYSIS を続ける.

项目成果

アミロイドβペプチドの凝集と解離の分子動力学シミュレーション

β淀粉样肽聚集和解离的分子动力学模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Masaki Shirai;Takuya Nara;Haruko Takahashi;Kazuya Takayama;Yuan Chen;Yudai Hirose;Masashi Fujii;Akinori Awazu;Nobuyoshi Shimoda;and Yutaka Kikuchi;富樫 直之，宮田 裕貴，亀井 駿，菅澤 はるか，美川 務，猪股 晃介，田仲 加代子，伊藤 隆，池谷 鉄兵;奥村久士
• 通讯作者: 奥村久士

新型コロナウイルスの増殖とアルツハイマー病の発症に関するタンパク質の分子動力学シミュレーション

与新型冠状病毒增殖和阿尔茨海默病发病相关的蛋白质的分子动力学模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Masaki Shirai;Nobuyoshi Shimoda;Haruko Takahashi;Kazuya Takayama;Yutaka Kikuchi;奥村久士
• 通讯作者: 奥村久士

赤外自由電子レーザによるアミロイド線維破壊の分子動力学シミュレーション

使用红外自由电子激光模拟淀粉样纤维破坏的分子动力学

• 发表时间: 2022
• 期刊: レーザ加工学会誌
• 作者: 木村明洋;鬼頭宏任;浜口祐;米倉功治;川上恵典;菓子野康浩;浅井智広;大岡宏造;伊藤繁;奥村久士
• 通讯作者: 奥村久士

Role of Water Molecules and Helix Structure Stabilization in the Laser-Induced Disruption of Amyloid Fibrils Observed by Nonequilibrium Molecular Dynamics Simulations.

通过非平衡分子动力学模拟观察到水分子和螺旋结构稳定性在激光诱导的淀粉样原纤维破坏中的作用。

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c11491
• 发表时间: 2021
• 期刊: J. Phys. Chem. B
• 影响因子: 3.3
• 作者: Okumura H;Itoh SG;Nakamura K;Kawasaki T.
• 通讯作者: Kawasaki T.

生体機能に重要な分子の全原子分子動力学シミュレーション

对生物功能重要的分子的全原子分子动力学模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Suetake Isao;Risa Mutoh;Yuichi Mishima;Masatomo So;Hironobu Hojo;富樫 直之，宮田 裕貴，亀井 駿，菅澤 はるか，美川 務，猪股 晃介，田仲 加代子，伊藤 隆，池谷 鉄兵;奥村久士
• 通讯作者: 奥村久士