液体論を基盤としたタンパク質立体構造予測法の構築

基于液体理论的蛋白质结构预测方法构建

• 批准号: 12J00412
• 负责人: 安田 賢司
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J00412/
• 关键词: タンパク質折り畳み; 水和エントロピー; 脱水和; 積分方程式論; 形態熱力学アプローチ; G prtein coupled recepter; 立体構造予測

我々が以前構築した自由エネルギー関数(FEF)を用いて、僅か10残基にも拘らず水中で安定なβ-ヘアピン構造を形成するCLNO25の立体構造安定性を解析した。この蛋白質はβ-ヘアピン構造形成により分子内水素結合を最大限に確保し、水-タンパク質問の水素結合の切断を補償しつつも、側鎖の非常に密に充填により、大きな水のエントロピー増加をもたらすことが出来るアミノ酸配列をもつ。この水のエントロピー増加により、折り畳みに伴う構造エントロピー低下を凌駕し、天然構造が安定となる。α-ヘリックス構造形成でも分子内水素結合を確保できるが、側鎖の密な充填が出来ず、安定にはならない。他の適当なアミノ酸配列では、上記のような分子内水素結合と側鎖の充填の両方を同時に満足することは非常に困難である。よって、多くの短いポリペプチドは固有の立体構造に折り畳まない。大きなタンパク質の中には、折り畳みの初期段階で特定の形に折り畳む短いアミノ酸の配列(piece)がいくつか存在し、これが核となり蛋白質全体の折り畳みがおこると考えられている。そのpieceの1つに相当すると考えられるCLNO25の折り畳みメカニズムを解明できたことは、蛋白質折り畳み過程の最も本質的な部分の理解に繋がる為、蛋白質の立体構造予測法の構築に大きな進展をもたらすと期待される。加えて、FEFを用いた膜タンパク質立体構造安定性を向上させるアミノ酸置換の予測に取り組んだ。多くの薬剤の標的となる重要な膜タンパク質であるG protein coupled recepter (GPCR)の中からアデノシン受容体を題材とした。このタンパク質に対してはアラニンスキャニング実験による安定性の変化が報告されている。研究の結果、安定化すると報告された8箇所の置換の内、7箇所をFEFを用いて予測できた。今後、アラニン以外への置換による安定性向上を試みる予定である。

使用先前构建的自由能函数（FEF），我们分析了CLNO25的构象稳定性，该构象稳定性在水中形成了稳定的β-发蛋白结构，尽管只有10个残基。该蛋白具有氨基酸序列，可以通过形成β-毛蛋白结构的形成最大的分子内氢键，在补偿水 - 蛋白质问题的氢键裂解的同时，它也具有非常密集的侧链填充，从而导致水发射率很大。水熵的增加克服了与折叠相关的结构熵的下降，从而导致自然结构稳定。尽管即使形成α-螺旋结构，也可以确保分子内氢键，但侧链不能以紧密的方式包装，从而使它们不稳定。使用其他合适的氨基酸序列，很难同时满足分子内氢键和侧链填充，如上所述。因此，许多短多肽不会折叠成其内在构象。在大蛋白中，有几个短的氨基酸序列（片段），它们在折叠的早期阶段折叠成特定的形状，这些氨基酸序列被认为是核的，并导致整个蛋白质折叠。阐明ClNO25的折叠机理的能力（被认为是这些碎片之一）将导致对蛋白质折叠过程中最重要的部分的理解，并有望在预测蛋白质的三维结构的方法中取得巨大进步。此外，我们致力于预测使用FEF改善膜蛋白构象稳定性的氨基酸取代。腺苷受体是G蛋白偶联受体（GPCR）的受试者，这是一种针对许多药物的重要膜蛋白。据报道，由于丙氨酸扫描实验而引起的该蛋白质的稳定性变化。研究结果表明，可以使用FEF预测据报道稳定的八个替代方案中有7个。将来，我们计划尝试通过除丙氨酸以外的稳定性来改善稳定性。

项目成果

Entropic release of a big sphere from a cylindrical vessel

从圆柱形容器中释放大球体的熵

• DOI: 10.1016/j.cplett.2013.01.045
• 发表时间: 2013
• 期刊: Chemical Physics Letters 7
• 作者: Hirokazu Mishima;Hiraku oshima;Satoshi Yasuda;Ken-ichi Amano. and Masahiro Kinoshita
• 通讯作者: Ken-ichi Amano. and Masahiro Kinoshita

Theoretical enhancement of structural stability of a membrane protein for X-ray crystallography

X射线晶体学膜蛋白结构稳定性的理论上增强

• 发表时间: 2013
• 作者: S. Yasuda;H. Oshima;T. Murata;and M. Kinoshita
• 通讯作者: and M. Kinoshita

Structural Stability of the Ten-Amino Acid Protein : Toward Designing a Foldable ProteinFunction

十个氨基酸蛋白质的结构稳定性：设计可折叠蛋白质功能

• 发表时间: 2014
• 作者: S. Yasuda;T. Hayashi;M. Kinoshita
• 通讯作者: M. Kinoshita

Theoretical Analysis on Structural Stability of CLNO25 Using Our Free-Energy Function

利用自由能函数对 CLNO25 的结构稳定性进行理论分析

• 发表时间: 2014
• 作者: S. Yasuda;T. Hayashi;M. Kinoshita
• 通讯作者: M. Kinoshita

水および疎水環境中における蛋白質の立体構造安定性

蛋白质在水和疏水环境中的构象稳定性

• 作者: 安田賢司;尾嶋拓;木下正弘
• 通讯作者: 木下正弘