蛋白質の安定性と相互作用における水の熱力学的役割

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蛋白質の安定な構造形成や相互作用には構造的特性だけでなく熱力学特性も重要な役割を果たす。本研究では、蛋白質の構造安定性および核酸との相互作用について解析を行い、以下のような成果を得た。1.本研究をすすめるための基盤となるデータベースの整備を継続し、新規のデータの収集、データベースの機能強化などの研究開発を行った。蛋白質熱力学データベースには新たに2,000件余り、蛋白質・核酸相互作用熱力学データベースには約1,300件のデータを追加した。これらの熱力学情報は、構造、配列、機能などの情報と統合した。2.蛋白質とその相互作用の熱力学データベースを利用して、蛋白質のアミノ酸変異がもたらす構造的特性や安定性への影響の相関や、蛋白質・核酸相互作用に伴う熱容量変化と溶媒接触表面積の変化の間の関係などをできるだけ多くの系について体系的に調べ、蛋白質の変性と蛋白質・核酸相互作用との熱力学的性質の違い、蛋白質、核酸の物性や溶媒の役割などを考察した。蛋白質のアミノ酸変異では、野生型と変異型の両方の構造が存在する1,400個余りの蛋白質について、構造と安定性の関係を体系的に解析した。3.蛋白質・DNA認識における構造、物性と機能の関係を詳しく解析するため、最新の蛋白質・DNA複合体の多数の構造データを収集し、その統計的な解析からアミノ酸と塩基の相互作用の経験的な統計ポテンシャル、相互作用エネルギーとDNAの構造エネルギー、及び、結合の特異性を定量的に求めた。この方法で多くの蛋白質・DNA複合体を解析したところ、認識のメカニズムに多様性のあることがわかった。一方、このような経験的な方法を補うため、今年度はDNAの分子動力学シミュレーションを行い、DNAの配列に依存したダイナミックスや柔軟性などの物性が蛋白質・DNA認識の特異性に果たす役割をくわしく解析した。