静電相互作用に基づくタンパク質－タンパク質間相互作用の理解

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本研究の目的は、タンパク質－タンパク質間相互作用(PPIs)を静電相互作用に着目し、分子シミュレーションを用いてその機構を解明することである。平成30年度は昨年度から引き続き、ターゲットPPIsとして静電相互作用が結合に強く関与しているbarnase-barstarのペアを用いて研究を推進した。2つのタンパク質の結合という長いタイムスケールの現象を追跡するために、効率的に構造空間を探索することができるweighted ensemble(WE)法を用いて計算を行った。また解離状態と結合状態を定義することで、結合速度定数を計算することもできる。そこで独立したWEを3回行い、barnase-barstarの結合速度定数を計算したところ、実験値の10分の1程度であった。これは計算時間が短く正しい値に収束していないためと考えられる。さらに、結合経路を調べるためにWEの全データを2つの手法で解析した。まずマルコフ状態モデルによる解析を行った。この解析ではマルコフ性を満たすために、遷移行列を計算する際に大きなラグタイムを用いる必要がある。しかし大きなラグタイムを用いた場合、WEにおける重みの移動を処理する方法が存在しないため、正しい解析結果が得られなかった。次に、非マルコフ解析を行った。この解析ではマルコフ性を満たす必要がないため、小さなラグタイムを用いることができる。そこで最小のラグタイムを用いて解析を行い、結合速度定数を計算したところ、実験値とよく一致していた。さらにコミッタを計算したところ、大きなコミッタはbarnaseの結合部位上部に広く分散していた。コミッタが広く分散していることは結合部位上部のエネルギー地形が結合部位のごく近傍だけでなく、広範囲に渡り大きなすり鉢状になっていることを示唆している。静電相互作用がこの大きなすり鉢状のエネルギー地形を作り出していると予想している。