膜脂質トランスポーターの動作原理の理論研究

本年度の研究では、昨年度の研究によって必要性が提示されたPglK表面と基質との新たな相互作用部位の探索を行ないました。昨年度の研究までで、基質である糖鎖結合脂質の全原子力場用パラメータセットと構造モデルは作成していました。しかし、PglKについては、現状報告されている構造の情報は基質との相互作用状態を計算するには不十分でした。そのため、まず初めに、すでに得られているホモログについての構造情報を元にして、基質との相互作用状態のモデリングを行ないました。その後、作成したモデルを用いてPglK周辺での基質の分布傾向の段階的なサンプリングを行いました。探索の必要のあるコンフォメーション空間の膨大さを回避するために、PglK周辺での膜脂質のリン酸の分布を調べたのち、その情報を元にして糖鎖結合脂質のPglK 周辺での挙動のシミュレーションを行いました。結果として、PglKの細胞膜内側に位置するαヘリックスに基質頭部がトラップされる傾向があることを発見しました。また、昨年度に引き続いて、脂質膜中でのタンパク質の挙動を制御している足場タンパク質の複合体をシミュレーションするための、メソスケールの分子動力学モデルの開発を行ないました。こちらでは、従来のメソスケールモデルに見られた各相互作用ドメインでの結合価数の再現の難しさを克服するために、新しい相互作用ポテンシャルを開発しました。本年度は基本的なモデルの開発と実装が完了に至ったため、シンプルで人工的にデザインされたタンパク質による系をモデルとして挙動のテストを行ないました。結果として、新しいモデルが多数のタンパク質の相互作用によって生み出されるマクロな熱力学的性質をよく再現することが分かりました。この結果は、当モデルが実際の生物学的な系のダイナミクスの解析に適用可能であることを示唆していると考えています。

本年度の研究では、昨年度の研究によって必要性が提示されたPglK表面と基質との新たな相互作用部位の探索を行ないました。昨年度の研究までで、基質である糖鎖結合脂質の全原子力場用パラメータセットと構造モデルは作成していました。しかし、PglKについては、現状報告されている構造の情報は基質との相互作用状態を計算するには不十分でした。そのため、まず初めに、すでに得られているホモログについての構造情報を元にして、基質との相互作用状態のモデリングを行ないました。その後、作成したモデルを用いてPglK周辺での基質の分布傾向の段階的なサンプリングを行いました。探索の必要のあるコンフォメーション空間の膨大さを回避するために、PglK周辺での膜脂質のリン酸の分布を調べたのち、その情報を元にして糖鎖結合脂質のPglK 周辺での挙動のシミュレーションを行いました。結果として、PglKの細胞膜内側に位置するαヘリックスに基質頭部がトラップされる傾向があることを発見しました。また、昨年度に引き続いて、脂質膜中でのタンパク質の挙動を制御している足場タンパク質の複合体をシミュレーションするための、メソスケールの分子動力学モデルの開発を行ないました。こちらでは、従来のメソスケールモデルに見られた各相互作用ドメインでの結合価数の再現の難しさを克服するために、新しい相互作用ポテンシャルを開発しました。本年度は基本的なモデルの開発と実装が完了に至ったため、シンプルで人工的にデザインされたタンパク質による系をモデルとして挙動のテストを行ないました。結果として、新しいモデルが多数のタンパク質の相互作用によって生み出されるマクロな熱力学的性質をよく再現することが分かりました。この結果は、当モデルが実際の生物学的な系のダイナミクスの解析に適用可能であることを示唆していると考えています。