溶液X線散乱シミュレーションによる非天然状態蛋白質の構造解析

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蛋白質の立体構造構築原理,特にその構造安定化機構を解明する上で,天然(N)状態だけでなく変性(D)状態の構造情報が不可欠である。分光学的手法とは相補的に,非天然状態にある蛋白質の大局構造の情報を与える溶液X線散乱法は有力であるが,それだけでは構造を特定できない。本研究では,この弱点を補完するためのシミュレーション法を開発し,これを用いて非天然状態の構造解析を行った。具体的には,(1)N状態と同じ構造の部分とU状態と同様の構造をもつ部分からなるとする,多部(MP)構造モデルによる非天然状態のコンホメーションを,計算機上に高速に生成させる方法を開発した。(2)実測のX線散乱プロフィルとの定量比較を行うために必要な,蛋白質構成原子の有効半径を決定する方法を開発した。(3)溶媒水連続媒質とする近似の下で,その寄与を取り込んでX線散乱プロフィルを予測する高速計算アルゴリズム-表面積分法-を考案し,これに基づく溶液X線散乱シミュレーションプログラムを開発した。(4)(3)を数種のU状態ポリペプチド鎖と天然蛋白質に適用し,手法の有効性を確かめると共に,溶媒水の取り込みの重要性を明らかにした。(5)シトクロムcの変性中間状態はMPモデルでよく説明できる一方,α-ラクトアルブミンとミオグロビンでは実測と予測に有意の差が存在することを見い出し,MPモデルの問題点を明らかにした。