Uncovering structural origin relating to non-Markov protein dynamics

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本研究では、生体分子のダイナミクスに内在する非マルコフ性を定量化しその構造起因を解明することを目的とする。今年度の研究では、SARS-CoV-2 3CLプロテアーゼへの基質ペプチドの結合・解離過程についてWE法により網羅的に構造変化パスを生成するとともに、基質の結合・解離過程のキネティックスを計算した。計算で得られた解離定数は、同等のペプチド様化合物での実験値と同じオーダーであることから、WE計算によるキネティックス計算の妥当性が示された。また、得られたパスを網羅的に解析した結果、基質結合がChymotrypsinフォールドのクレフトに入り込むことから始まり、P3→P1主鎖→P1側鎖の順に結合が形成されること、また、配列特異性をもたらすP1側鎖の結合が認識過程の最終段階で起こることを見出した。また、アクチンフィラメントの形成過程で重要になるリン酸塩（Pi）解離の研究では、配置が異なるADP+Pi結合型アクチン構造モデルを多数生成したのち、600個の初期条件を選択し50 nsのMDシミュレーションを実行した。得られたPi解離過程のMDトラジェクトリについて、マルコフ状態モデルを用いて構造変化パスやキネティックスの解析を行った。その結果、Piがドメイン開閉運動に関わるヌクレオチド結合cleftを通るパスだけでなく、サブドメイン1-2および3-4間を通るパスも見出された。更に、マルコフ状態モデルによりキネティックスの解析を行い、ヌクレオチド結合cleftを通るパスでは10マイクロ秒オーダーの速い遷移であるのに対し、比較的硬いサブドメイン3-4間を通るパスではミリ秒オーダーと2桁のオーダーで遅くなること明らかにした。