複合体形成に伴うタンパク質の立体構造変化パスウェイの予測・解析法の開発

开发与复杂形成相关的蛋白质构象变化途径的预测和分析方法

• 批准号: 16041206
• 负责人: 寺田 透
• 金额: $ 4.99万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16041206/
• 关键词: 分子動力学法; マルチカノニカル; calmodulin; 立体構造変化; クラスタ解析; 一般化Bornモデル; Poisson方程式

情報伝達系で機能するタンパク質には、リガンドと結合することによって立体構造が変化し、下流に位置する因子と相互作用できるようになるものが数多く知られている。こうしたタンパク質の機能発現のメカニズムを理解するためには、構造変化過程を明らかにすることが欠かせない。本研究では、リガンド結合に伴って立体構造が変化するモデル系として、カルシウム結合タンパク質calmodulin(CaM)を採用し、マルチカノニカル分子動力学法に基づく理論的アプローチにより構造変化メカニズムの解明を目指した。我々は、昨年度までに、Ca^<2+>非結合型のCaMのNMR構造に2分子のCa^<2+>イオンを付加したモデル構造から出発したシミュレーションを行い、Ca^<2+>結合型の構造に遷移させることに成功した。今年度はこの成果に基づき、立体構造変化パスウェイの解析法の開発を行った。今年度の具体的な成果は以下の通りである。1.シミュレーションの結果生成される大量のトラジェクトリデータを効率的に解析するために、類似の構造をクラスタにまとめるプログラムを作成した。これを、Ca^<2+>結合型CaMのモデル構造から出発したマルチカノニカル分子動力学シミュレーションの結果得られた、250000のスナップショット構造に適用し、815のクラスタに分類した。各クラスタはエネルギー曲面上のエネルギー極小状態に対応している。2.クラスタ間の遷移を、グラフを用いて可視化するプログラムを作成した。これを上記クラスタに適用し、遷移確率の低い(エネルギー障壁の高い)遷移の前後で大きな構造変化が起きていることが明らかとなった。ここから、(1)N端側Ca^<2+>サイトのAsp20、Asp22、Asp24とCa^<2+>との間のsalt bridgeの形成、(2)Phe19側鎖の疎水コアへの嵌入、(3)N端側Ca^<2+>サイトのGlu31とCa^<2+>との間のsalt bridgeの形成、を経て構造変化が完成していることが示唆された。現在、この構造変化のパスに沿った自由エネルギープロファイルの計算を行っている。これによって立体構造変化の駆動力と律速段階を明らかにすることができると考えている。

The information system functions as follows: quality, combination, three-dimensional structure, transformation, downstream position, interaction, and number. The process of structural transformation is clearly understood. In this study, the molecular dynamics method was used to analyze the structural transformation of CaM (CaM) based on the theory of molecular dynamics. In the past year, Ca ^<2 +> unconjugated CaM NMR structure was successfully transferred to Ca^<2 +> unconjugated CaM NMR structure. This year's research results show that the development of analytical methods for three-dimensional structure transformation is carried out. This year's specific results are as follows. 1. The results of the project are generated by analyzing a large number of projects and similar structures. The results of molecular dynamics analysis of CaM with Ca^<2+>-bound structure are presented. The structure of CaM with Ca ^<2+>-bound structure is suitable for 250000 and 815. The minimum state of each curve is the same as the minimum state of the curve. 2. Create a list of the transition between classes, classes, and visualizations. This is the first time that the structure has changed since the beginning of migration. (1) the formation of a salt bridge between Asp20, Asp22, Asp24 and Ca ^<2 +> on the N-terminal side,(2) the embedding of a Phe19-side lock into a water channel,(3) the formation of a salt bridge between Ca^<2 +> and Glu31 on the N-terminal side, and the completion of a structural transformation. Now, this structure changes along with the calculation of the free flow. The structure of the three-dimensional structure is changed, and the dynamic speed stage is changed.

项目成果

Improvement of accuracy of free-energy landscapes of peptides calculated with generalized Born model by using numerical solutions of Poisson's equation

使用泊松方程的数值解提高广义玻恩模型计算的肽自由能图的准确性

• 发表时间: 2004
• 期刊: Chemical Physics Letters 393
• 作者: Sakai;H. et al.;Daiyasu H. et al.;Ichihara H. et al.;Standley D. et al.;Toh H.et al.;石塚 隆記
• 通讯作者: 石塚 隆記