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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02595/
• 关键词: 細胞膜変形分子マシン; 分子シミュレーション; ダイナミン; 粗視化モデル; 構造変化; 生体分子マシン; 細胞膜; GTP

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 で は, GTP hydrolysis made エ ネ ル ギ ー を with い て - shape, cut off, cell membrane fusion と い う about mechanics of shi を す る membranes - shape molecules マ シ ン が, い か に し て quantity body to form more と ヌ ク レ オ チ ド state dependent な structural variations of dynamic group に み を close わ せ line - shape を っ て membrane て い る か を coarse visualization molecular dynamics シ ミ ュ レ ー シ Youdaoplaceholder0 によ によ によ によ explain する が purpose である. Early annual で あ る our は, ま ず, ク ラ イ オ electronic 顕 micro mirror (electric 顕) デ ー タ に base づ い て ダ イ ナ ミ ン quantity body structure の モ デ リ ン グ を line っ た. ク ラ イ オ electric 顕 に よ る high decomposition can construct は exist す る が, atomic structure と し て は a し か デ ー タ ベ ー ス に login さ れ て い な い た め, electricity 顕 マ ッ プ に base づ い て ダ イ ナ ミ ン much quantity body の atomic structure を モ デ リ ン グ し た. そ し て, coarse visualization molecular モ デ ル MARTINI を with い て, チ ュ ー ブ shape membrane (lipid double film), membrane after を done on に ダ イ ナ ミ ン much quantity body を configuration し た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン department を セ ッ ト ア ッ プ し た. こ こ で, GTP molecule made や Mg イ オ ン と い っ た MARTINI モ デ ル で は will ず し も standard で な い small molecules, two 価 イ オ ン も express に into っ た モ デ ル を build す る こ と が で き た. こ の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン は, coarse visualization モ デ ル と は い え (coarse visualization さ れ た) も express に water molecules into っ た モ デ ル の た め mass is more than 500000 population の で あ る が line, molecular dynamics calculation を な っ て ダ イ ナ ミ ン の in PH ド メ イ ン が membrane へ combining す る others child を confirm で き た. さ ら に, チ ュ ー ブ shape membrane cut に minimum necessary な ダ イ ナ ミ ン を quantity body structure with fixed す る た め, ダ イ ナ ミ ン · モ ノ マ ー number や G ド メ イ ン interface number を - え た others 々 な part is の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を い, そ の stability を review 価 し た.

项目成果

Molecular Simulation and Statistical Inference of Functional Motions of Biomolecular Machines

生物分子机器功能运动的分子模拟和统计推断

• 发表时间: 2023
• 作者: Okada Takashi;Miyagi Hiraku;Sako Yasushi;Hiroshima Michio;Mochizuki Atsushi;加藤昌人;Kei-ichi Okazaki
• 通讯作者: Kei-ichi Okazaki

Coarse-grained simulations of curvature induction and sensing of the F-BAR protein Pacsin1 on lipid membranes

F-BAR 蛋白 Pacsin1 在脂质膜上的曲率感应和传感的粗粒度模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: 渡邉大介;廣島通夫;上田昌宏;Kei-ichi Okazaki
• 通讯作者: Kei-ichi Okazaki