計算機シミュレーションによるチャネルロドプシンの構造と機能の解析
计算机模拟分析视紫红质通道蛋白的结构和功能
基本信息
- 批准号:14J03041
- 负责人:
- 金额:$ 1.75万
- 依托单位:
- 依托单位国家:日本
- 项目类别:Grant-in-Aid for JSPS Fellows
- 财政年份:2014
- 资助国家:日本
- 起止时间:2014-04-25 至 2016-03-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
本研究では、オプトジェネティクスにおいて、重要なツールとなるタンパク質ChRの3つの分子特性、1)イオン選択性、2)反応キネティクス、3)光吸収波長制御を計算機シミュレーションにより解析し、工学的応用からの要請に応じた分子設計へと役立てることを目的とした。(成果1)ChRの機能において、タンパク質内外を出入りする大量の水分子が重要な役割を果たす。それら水分子を計算精度よく取り扱うためには、量子化学的効果を計算に取り込む必要がある。しかし、水分子のダイナミクスにおいて理論的枠組みが存在しなかった。そこで本研究は、量子力学計算と古典力学計算を組み合わせたQM/MM法を発展させ、Size-Consistent Multipartitioning (SCMP) QM/MM法を開発した。これにより溶媒効果を初めて、量子力学的精度で取り込むことに成功した。同手法は、汎用性が高く様々な系や物理量の算出に応用が可能である。最初の応用として、水の赤外分光スペクトル計算に適用し、溶媒の量子力学的効果の重要性を実証した。(成果2)イオン選択性に重要な寄与を示すアミノ酸残基を特定し、それら変異体を作成して、陽イオンチャネルであるChRから陰イオンチャネルを生み出すことに成功した。この変異型ChRは、オプトジェネティクスにおいて神経シグナルのブッロッカーとして今後の利用に期待を集めている。また、ChRの活性部位の構造が類似タンパク質と比較して非常に柔軟性に富んでいることを発見し、特定のアミノ酸残基置換が活性部位のダイナミクスを通して、吸収波長を変化させることを解明した。当初3年を予定していた本研究は、研究遂行者の異動により1年2ヶ月で終了した。そのため、最終目標である開発した新しい手法を、ChRに適用するには至らなかったが、順調な研究の推移から今後の更なる展開が期待できる。
This study focuses on three aspects of molecular properties of ChR: 1) selectivity, 2) anti-reflection, 3) optical absorption wavelength control, computer analysis, engineering application, and molecular design. (Result 1) A large number of water molecules play an important role in the function of ChR. The calculation accuracy of water molecules is necessary for quantum chemistry. There is no such thing as a water molecule. In this paper, quantum mechanics calculation and classical mechanics calculation are combined, QM/MM method is developed, and Size-Consistent Multipartitioning (SCMP) QM/MM method is developed. The precision of quantum mechanics is the most important factor in the success of quantum mechanics. The same method is opposite, the universality is high, and the calculation of physical quantities is possible. The importance of quantum mechanical effects of solvents has been demonstrated by the initial application of optical spectroscopy in water. (Result 2) The selectivity of the protein is very important. This is the first time that we've had a chance to see how we can use it in the future The structure of the active site of ChR is similar to that of ChR. The structure of ChR is similar to that of ChR. The original 3 years were fixed, and this study was completed in 1 year and 2 months. The ultimate goal is to develop a new approach, to apply ChR, to adjust the research process, and to look forward to future developments.
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Conversion of Channelrhodopsin into a Light-Gated Chloride Channel
- DOI:10.1126/science.1249375
- 发表时间:2014-04
- 期刊:
- 影响因子:56.9
- 作者:Jonas Wietek;J. Simon Wiegert;Nona Adeishvili;F. Schneider;Hiroshi C. Watanabe;S. Tsunoda;A. Vogt
- 通讯作者:Jonas Wietek;J. Simon Wiegert;Nona Adeishvili;F. Schneider;Hiroshi C. Watanabe;S. Tsunoda;A. Vogt
The first application of adaptive quantum mechanics/molecular mechanics method for infrared spectra of liquid water
自适应量子力学/分子力学方法首次应用于液态水红外光谱
- DOI:
- 发表时间:2015
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Hiroshi C Watanabe;Tomas Kubar;Marcus Elstner;羽田和慶;渡邉宙志;Kazuyoshi Hada;Hiroshi Watanabe;Kazuyoshi Hada;渡邉宙志;Kazuyoshi Hada;Hiroshi Watanabe
- 通讯作者:Hiroshi Watanabe
Computational study of Channelrhodopsins
视紫红质通道的计算研究
- DOI:
- 发表时间:2014
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Hiroshi C Watanabe;Tomas Kubar;Marcus Elstner;羽田和慶;渡邉宙志;Kazuyoshi Hada;Hiroshi Watanabe;Kazuyoshi Hada;渡邉宙志;Kazuyoshi Hada;Hiroshi Watanabe;渡辺宙志;Kazuyoshi Hada;Kazuyoshi Hada;渡邉宙志;Hiroshi C Watanabe;Hiroshi C Watanabe;Hiroshi C Watanabe;渡邉宙志
- 通讯作者:渡邉宙志
Size-Consistent Multipartitioning QM/MM: A Stable and Efficient Adaptive QM/MM Method
- DOI:10.1021/ct5005593
- 发表时间:2014-10-01
- 期刊:
- 影响因子:5.5
- 作者:Watanabe, Hiroshi C.;Kubar, Tomas;Elstner, Marcus
- 通讯作者:Elstner, Marcus
Thermal fluctuations enable rapid protein-protein associations inaqueous solution by lowering the reaction barrier
热波动通过降低反应势垒使蛋白质与蛋白质在水溶液中快速缔合
- DOI:10.1016/j.cplett.2015.11.014
- 发表时间:2016
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Honami Sakaizawa;Hiroshi C. Watanabe;Tadaomi Furuta;Minoru Sakurai
- 通讯作者:Minoru Sakurai
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Natsuhiko Yoshinaga and Satoru Tokuda
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