生体分子機械における化学－力学変換の時空間制御メカニズムの理論的解明

本年度は、前年度に開発した LRPF 法に関する追加計算を行い、成果をまとめた論文を出版した。また、前年度に LRPF 法によって導出した、基質が結合していない膜輸送体 ADP/ATP carrier (AAC) の内向き開状態の MD 計算を 1 マイクロ秒延長し、この状態のタンパク質の安定性を確認した。これによって AAC の交互アクセス機構が世界で初めて原子分解能で解明できた。さらに、前年度に LRPF 法によって導出した、基質が結合していない内向き開状態の AAC に対し、阻害剤であるボンクレキン酸 (BA) の結合シミュレーションを行った。具体的には、 AAC と脂質二重膜に対する BA の配向を 24 通り考慮し、各配向に対して 20 ナノ秒の MD 計算を行った。その結果、15 個のシミュレーションで BA が実際にタンパク質に結合した。さらに、これらのトラジェクトリを分類し、代表的な結合状態を持つものを 3 つ選び、各々 1 マイクロ秒まで延長した。これらの計算から、 BA は LRPF 法によって導出したタンパク質構造に安定に結合できることが示された。これらの結果から、 LRPF 法によって導出した AAC の内向き開構造が、実際の状態をある程度反映していることが示された。以上の結果を論文にまとめて投稿した。また、分子モーター F1-ATPase の加水分解反応に対して 前年度に引き続き QM/MM RWFE-SCF 法を適用し、 empty site に結合した無機リン酸が加水分解反応をアロステリックに制御する仕組みを明らかにしつつある。さらに、photoactive yellow protein (PYP) の活性部位の水素結合ネットワークが水分子によって再編成される仕組みを同方法によって原子分解能で解明し、論文にまとめて出版した。

本年度は、前年度に開発した LRPF 法に関する追加計算を行い、成果をまとめた論文を出版した。また、前年度に LRPF 法によって導出した、基質が結合していない膜輸送体 ADP/ATP carrier (AAC) の内向き開状態の MD 計算を 1 マイクロ秒延長し、この状態のタンパク質の安定性を確認した。これによって AAC の交互アクセス機構が世界で初めて原子分解能で解明できた。さらに、前年度に LRPF 法によって導出した、基質が結合していない内向き開状態の AAC に対し、阻害剤であるボンクレキン酸 (BA) の結合シミュレーションを行った。具体的には、 AAC と脂質二重膜に対する BA の配向を 24 通り考慮し、各配向に対して 20 ナノ秒の MD 計算を行った。その結果、15 個のシミュレーションで BA が実際にタンパク質に結合した。さらに、これらのトラジェクトリを分類し、代表的な結合状態を持つものを 3 つ選び、各々 1 マイクロ秒まで延長した。これらの計算から、 BA は LRPF 法によって導出したタンパク質構造に安定に結合できることが示された。これらの結果から、 LRPF 法によって導出した AAC の内向き開構造が、実際の状態をある程度反映していることが示された。以上の結果を論文にまとめて投稿した。また、分子モーター F1-ATPase の加水分解反応に対して 前年度に引き続き QM/MM RWFE-SCF 法を適用し、 empty site に結合した無機リン酸が加水分解反応をアロステリックに制御する仕組みを明らかにしつつある。さらに、photoactive yellow protein (PYP) の活性部位の水素結合ネットワークが水分子によって再編成される仕組みを同方法によって原子分解能で解明し、論文にまとめて出版した。