Investigation of Molecular Mechanism of Membrane Disruption by Fibril Formation

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本研究課題では、細胞膜破壊の分子機構の解明に向けて分子動力学を用いたシミュレーションに取り組んでいる。2020年度は、(1) タンパク質の線維形成初期過程の解明、(2)脂質膜系に対する効率的な分子シミュレーションに向けたプログラム開発に取り組んだ。具体的には、パーキンソン病の原因と考えられているαシヌクレインの線維形成過程について、線維形成と細胞毒性に中心的な役割を果たすフラグメントに着目した研究を実施した。これまでに開発してきた定温定圧レプリカ置換法を用いることで、αシヌクレインフラグメントの二量体構造のサンプリングに成功し、分子間反平行βシートを持つ二量体構造が最も存在確率が高いことを明らかにした。また、二量体形成過程において、特定の構造を持たない残基間で直接βシート構造が形成されることを見出した。本研究成果は、原著論文として国際学術誌に出版した。今後、細胞膜上におけるタンパク質の凝集と比較する上で重要な知見になると考えている。続いて、脂質膜といった大規模系に対して効率的なシミュレーションを実行するために、これまでに提案してきた定温定圧レプリカ置換法やレプリカ部分置換法を、汎用シミュレーションパッケージであるLAMMPSに実装した。実装したプログラムをテストするためにポリエチレン鎖に適用し、得られた構造アンサンブルが正しく統計アンサンブルに従っていることを確認した。本研究は、国際共同研究として取り組んだ成果であり、論文投稿準備中である。