Estimation of stability and functional changes due to amino acid substitution using molecular simulations

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これまで、蛋白質の分子シミュレーションに関して、物理化学の理論に基づく方法論の開発を行ってきた。本研究課題では、これら手法の開発を継続するとともに環状ペプチドや膜蛋白質系に関しての機能メカニズムを理解するための理論的な基盤の構築を行う。開発した方法を駆使して、アミノ酸置換により蛋白質やペプチドのデザインを行う。今年は特に、膜蛋白質の睡眠に関係するGPCRであるオレキシン受容体２の研究を進めた。昨年度までに、脂質膜を取り入れた系の構築を行い、いくつかの変異体のシミュレーションを複数本実行して、独自の解析手法である緩和モード解析を用いて解析を行い、成果として論文にまとめた。今年度は、アンタゴニストやアゴニストが結合した構造やクライオ電子顕微鏡で解かれた活性構造をもとに、大規模な複数のMDシミュレーションを実行した。緩和モード解析を適用して、不活性構造と活性構造の違いについて、明確にした。特に３番目の膜貫通ヘリックス上の３つのアミノ酸残基の状態の違いが明確になり、これについて詳細に調べた。現在、論文作成中である。方法論の開発として、moving RMSDという解析手法が、大きな構造変化が生じるフォールディングシミュレーションのトラジェクトリーを解析するのに適していることを示した。通常、天然構造からどれくらい構造が違うか調べるのに天然構造をレファレンスとしてRMSDを計算することが多いが、ここでは、時間差の構造間のRMSDを計算する。安定な構造や準安定な構造は、その構造に滞在する時間が長いので、この解析をすると、RMSDが小さい時間領域は、安定構造であることが示唆でき、天然構造がわかっていないトラジェクトリーに関しても、この解析を行うと安定な構造を特定できる。この研究に関して論文にまとめた。