Elucidating the molecular mechanisms behind the long-range correlation associated with protein functions based on fluctuating thermodynamics and dynamic cooperativity analysis

蛋白質のシグナル伝達やモーター蛋白質における力の生成といった機能発現においては、シグナル分子やATPとの結合の影響が遠く離れた部位に伝播する、長距離にわたる構造・エネルギー相関が存在する。しかし、分子レベルでなぜ、どのようにしてそのような長距離相関が実現されているのかはよくわかっていない。本研究では、シグナル分子やATPとの結合により蛋白質の自由エネルギー曲面がどのように変化するのかを明らかにする「揺らぐ熱力学解析」、また結合の影響が蛋白質内をどう伝播していくのかを調べる「動的協同性解析」という２つの解析を行うことにより、長距離相関の分子メカニズムの解明を目指している。このような解析を行うためには、分子動力学シミュレーションに基づくトラジェクトリーが必要である。このため、当該年度においては以下の３つの蛋白質に対する分子動力学シミュレーションの準備と実行に取り掛かった。１つ目は adenylate kinase (ADK)で、リガンド分子との結合が蛋白質全体の構造変化を引き起こすことが知られている。2つ目はシグナル伝達蛋白質であるSrcキナーゼであり、3つ目はモーター蛋白質であるキネシンである。ADKとSrcキナーゼに対する分子動力学シミュレーションの準備と実行は順調に進み、次年度から揺らぐ熱力学解析や動的協同性解析に移れる見込みである。これらのシミュレーションではシグナル分子やペプチドとの結合により蛋白質の大きな構造変化が引き起こされており、シミュレーション結果自体も非常に興味深いものである。一方、キネシンに関しては実験家からの助言により系のモデリングをやり直すべきだと判断し、次年度中に再度分子動力学シミュレーションの準備と実行に取り掛かる。

蛋白質のシグナル伝達やモーター蛋白質における力の生成といった機能発現においては、シグナル分子やATPとの結合の影響が遠く離れた部位に伝播する、長距離にわたる構造・エネルギー相関が存在する。しかし、分子レベルでなぜ、どのようにしてそのような長距離相関が実現されているのかはよくわかっていない。本研究では、シグナル分子やATPとの結合により蛋白質の自由エネルギー曲面がどのように変化するのかを明らかにする「揺らぐ熱力学解析」、また結合の影響が蛋白質内をどう伝播していくのかを調べる「動的協同性解析」という２つの解析を行うことにより、長距離相関の分子メカニズムの解明を目指している。このような解析を行うためには、分子動力学シミュレーションに基づくトラジェクトリーが必要である。このため、当該年度においては以下の３つの蛋白質に対する分子動力学シミュレーションの準備と実行に取り掛かった。１つ目は adenylate kinase (ADK)で、リガンド分子との結合が蛋白質全体の構造変化を引き起こすことが知られている。2つ目はシグナル伝達蛋白質であるSrcキナーゼであり、3つ目はモーター蛋白質であるキネシンである。ADKとSrcキナーゼに対する分子動力学シミュレーションの準備と実行は順調に進み、次年度から揺らぐ熱力学解析や動的協同性解析に移れる見込みである。これらのシミュレーションではシグナル分子やペプチドとの結合により蛋白質の大きな構造変化が引き起こされており、シミュレーション結果自体も非常に興味深いものである。一方、キネシンに関しては実験家からの助言により系のモデリングをやり直すべきだと判断し、次年度中に再度分子動力学シミュレーションの準備と実行に取り掛かる。