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Mechanism of membrane-transforming biomolecular machines: Theoretical study of their oligomerization and conformational change

膜转化生物分子机器的机理：低聚和构象变化的理论研究

基本信息

批准号：
22H02595
负责人：
岡崎圭一
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Okazaki Research Facilities, National Institutes of Natural Sciences
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題では、GTP加水分解エネルギーを用いて細胞膜変形・切断・融合という力学的仕事をする細胞膜変形分子マシンが、いかにして多量体形成とヌクレオチド状態依存的な構造変化を動的に組み合わせて膜変形を行っているかを粗視化分子動力学シミュレーションにより解明するのが目的である。初年度である今年度は、まず、クライオ電子顕微鏡（電顕）データに基づいてダイナミン多量体構造のモデリングを行った。クライオ電顕による高分解能構造は存在するが、原子構造としては一部しかデータベースに登録されていないため、電顕マップに基づいてダイナミン多量体の原子構造をモデリングした。そして、粗視化分子モデルMARTINIを用いて、チューブ状細胞膜（脂質二重膜）を作成後、膜上にダイナミン多量体を配置したシミュレーション系をセットアップした。ここで、GTP分子やMgイオンといったMARTINIモデルでは必ずしも標準的でない小分子・二価イオンも明示的に入ったモデルを構築することができた。このシミュレーション系は、粗視化モデルとはいえ（粗視化された）水分子も明示的に入ったモデルのため50万粒子数以上の大規模系であるが、分子動力学計算を行なってダイナミン中のPHドメインが膜へ結合する様子を確認できた。さらに、チューブ状細胞膜切断に最小限必要なダイナミン多量体構造を同定するため、ダイナミン・モノマー数やGドメイン界面数を変えた様々な部分系のシミュレーションを行い、その安定性を評価した。

This research topic is about the application of GTP hydrolysis to cell membrane formation, cleavage, fusion, and mechanical processes. In the beginning of this year, the electron microscope (electron microscope) was used to analyze the structure of electron microscope. High resolution energy structures exist, atomic structures exist After the preparation of the membrane (lipid double membrane), the membrane multi-volume is arranged on the membrane. The GTP molecule is a small molecule. The GTP molecule is a small molecule. This is a rough visualization of water molecules in a large-scale system with more than 500,000 particles. Molecular dynamics calculations are carried out to confirm the pH and membrane binding factors in the system. In addition, the minimum necessary for cell membrane cleavage is determined by the number of interfaces, and the stability of the system is evaluated.