蛋白質機能発現のダイナミカルモデリング

蛋白质功能表达的动态建模

• 批准号: 15014214
• 负责人: 笹井 理生
• 金额: $ 2.56万
• 依托单位: Nagoya University
• 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15014214/
• 关键词: 機能発現; バイオナノ素子; エネルギーランドスケープ理論; 機能ファネル; 蛋白質立体構造; シグナル伝達; 分子モーター; アロステリック変形

次の(1)〜(3)の成果が得られた。(1)分子モーターはいかにしてATPの化学エネルギーを力学的エネルギーに変換するか?これは長年の分子生物学の未解決問題であり、多くの実験的、理論的努力が続けられてきた。本研究では、フォールディング研究で用いられた方法と概念を蛋白質の運動の記述に用いることにより、力発生を合理的な物理的前提と分子構造、1分子計測、そのほかこれまでの多くの実験と矛盾しない形で説明する統計力学的モデルを提案した。さらに、このモデルの示す仮説を構造生物学的に説明するため粗視化した分子動力学計算法を開発した。(2)光シグナル伝達系の機能発現ダイナミクスの新しい描像Photoactive Yellow Proteinは発色団を持つ蛋白質であるが、この蛋白質の光シグナル伝達における重要な状態が部分的にunfoldした状態であることが実験的に示されている。Munotzらがフォールディング研究のために開発した統計力学的モデルをさらに発展させ、エネルギーランドスケープの計算に適用し、光によって誘起されたunfolding-folding転移を合理的に説明することに成功した。大規模構造変形を伴う、光緩和の新しいシナリオを提案ることができた。(3)HPPK、RASなど機能発現に際して構造変化を生じる蛋白質を統計力学的モデルで分析。構造変化の際に、部分的にアンフォールドした状態を通過する可能性を理論的に示した。

The results of が (1) to (3) が result in られた. (1) molecular モ ー タ ー は い か に し て ATP の chemical エ ネ ル ギ ー を mechanics エ ネ ル ギ ー に variations in す る か? For many years, there have been many unsolved problems in <s:1> molecular biology <e:1>, であ, and many く, practical and theoretical efforts が続けられて た た た. This study で は, フ ォ ー ル デ ィ ン で グ research with い ら れ た methods と concepts を protein の movement account の に い る こ と に よ り, reasonable force born 発 を な physical premise と molecular structure, molecular measuring 1, そ の ほ か こ れ ま で の more く の be 験 と contradiction し な い form で illustrate す る statistical mechanics モ デ ル を proposal し た. さ ら に, こ の モ デ ル の shown す 仮 say を structural biology に す る た め coarse visualization し た molecular dynamics calculation method を open 発 し た. (2) The optical シグナ ナ 伝 has achieved a series of <s:1> functions: ダ ナ ナ <s:1> ス ス <s:1> Photoactive Yellow Protein は 発 color 団 を hold つ Protein で あ る が, こ の Protein の light シ グ ナ ル 伝 da に お け る な state が important part of に unfold し た state で あ る こ と が be 験 に さ in れ て い る. Munotz ら が フ ォ ー ル デ ィ ン グ research の た め に open 発 し た statistical mechanics モ デ ル を さ ら に 発 exhibition さ せ, エ ネ ル ギ ー ラ ン ド ス ケ ー プ の computing に し, light に よ っ て induced さ れ た unfolding - folding reasonable planning move を に illustrates す る こ と に successful し た. Large-scale structural deformation を accompanied by う, light mitigation <s:1> new <s:1> シナリ を を proposal る とがで とがで た た た た た. (3) Analysis of the を statistical mechanics of HPPK and RASな <s:1> functional occurrence に international <s:1> て structural changes を biological じる proteins モデ モデ で で. Structure - the event の に, part of the に ア ン フ ォ ー ル ド し た state を through す に を る possibility theory in し た.

项目成果

M.Sasai, P.G.Wolynes: "Stochastic Gene Expression as a Many Body Problem"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 100. 2374-2379 (2003)

M.Sasai、P.G.Wolynes：“随机基因表达是一个多体问题”Proc.Natl.Acad.Sci.USA。

H.K.Nakamura, M.Sasai, M.Takano: "Temperature dependent mechanisms for folding processes in a simple model of protein"Protein Science. 12. 192-192 (2003)

H.K.Nakamura、M.Sasai、M.Takano：“蛋白质简单模型中折叠过程的温度依赖性机制”蛋白质科学。

T.Ushikubo, W.Inoue, M.Sasai: "Dynamics of Repressilator : From Noise to Coherent Oscillation"Proceedings of the 14th International Conference on Genome Informatics. (印刷中).

T.Ushikubo、W.Inoue、M.Sasai：“抑制器动力学：从噪声到相干振荡”第 14 届国际基因组信息学会议论文集（正在出版）。

H.K.Nakamura, M.Sasai, M.Takano: "Squeezed exponential kinetics to describe a nonglassy downhill folding as observed in a lattice protein model"Proteins : Structure, Function, and Genetics. (印刷中).

H.K.Nakamura、M.Sasai、M.Takano：“用挤压指数动力学来描述在晶格蛋白质模型中观察到的非玻璃状下坡折叠”《蛋白质：结构、功能和遗传学》（正在出版）。

S.I.Nishimura, M.Sasai: "Chemotaxis of an Eucaryotic Cell in Complex Gradients of Chemoattractants"Proceedings of the 9th International Symposium on Artificial Life and Robotics. (印刷中).

S.I.Nishimura，M.Sasai：“趋化剂复杂梯度中的真核细胞趋化性”第九届国际人工生命和机器人研讨会论文集（正在出版）。