分子動力学法に基づくATP合成酵素の制御因子による動的な阻害機構の解明

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本年度は(1) 他のF1構造と比較したときのIF1阻害状態F1構造の特徴の明示、(2) IF1阻害状態F1構造を用いたシミュレーション系の構築、および(3)「IF1の一方向制御」という性質に寄与するアミノ酸・相互作用の特定を目標に研究に取り組んだ。(1)については、主成分分析による固定子αβの構造状態の解析や回転子γサブユニットの回転角度の計算によって、IF1阻害状態F1構造が他のF1構造と質的に異なる構造であることを解明した。(2)については、所属グループによって開発された系を改変することで、IF1結合型F1の回転子γサブユニットを強制回転させる系の構築に成功した。研究代表者の過去の研究では、IF1阻害状態の解放には120度以上の大きな回転が必要であることが示されている。これを反映するために、異なる基質結合状態にある3つの触媒サブユニットβの1箇所にのみIF1が結合した系をそれぞれ準備して、合計3つの系を用いて計算機実験を行った。回転子γサブユニットの回転方向・角度によって違いが出ることを期待したが、(3)の解明につながる明確な違いは観察できなかった。追加の課題として、当初の予定では次年度の課題として計画されていた、(4)「IF1の種特異的制御」に関する研究も開始した。まず、バクテリア型F1(TF1)の構造とミトコンドリア型F1(bMF1)の構造を比較することで、TF1上にIF1を配置した構造を得た。bMF1-IF1構造とTF1-IF1構造に対して、それぞれ分子動力学シミュレーション、結合自由エネルギー計算を行った結果、bMF1-IF1複合体構造の安定化に寄与しているアミノ酸相互作用がTF1-IF1構造では形成されないことがわかった。つまり、TF1阻害型IF1を作成する際にも、それらの相互作用の形成を重視すればよいという指針が得られた。