リガンドの多価結合による分子認識機構を有する生体分子間相互作用の解析手法の確立

糖鎖は生体内で細胞シグナル伝達や宿主免疫応答調節を担う．本研究では，この認識特異性における機構の解明に向けた新たな解析手法の開発を行っている．令和4年度は，前年度に引き続き，大腸菌の1型線毛の付着因子FimHアドヘシンの糖鎖親和性を対象にした．結合様式が異なる四種類の糖鎖とFimH間の親和性の違いについて，各結晶構造をもとにした分子動力学シミュレーションを行い，そのスナップショット構造におけるFimHと糖鎖間の相互作用エネルギーを量子化学計算により求めた．相互作用エネルギーの大きさは実験的に得られた熱力学的データと定性的に一致した．活性部位に存在するアスパラギン酸と二つのチロシン残基の配座の違いによって相互作用が変化し，重要な役割をすることが明らかになった．これらの結果をまとめ，第60回生物物理学会年会において，招待講演を行った．次にリガンドが多価結合する際の認識特異性を評価するための新たなシミュレーション方法の開発に向けて研究を開始した．二つのFimHがマンノース三糖と結合する結晶構造(pdb ID:6gtv, 6gtw)を出発構造として，MDシミュレーションを行い，複合体構造のダイナミクスや溶媒分布の変化を解析した．また，MDシミュレーションのスナップショット構造におけるFimHと糖鎖間の相互作用エネルギーを量子化学計算により算出した．その結果，解離を防ぐための剪断応力が働く状態では一定時間が経過後も相互作用が強く，立体配座が多少変化しても，糖鎖親和性が保持されることが明らかになり，実験結果を支持するものであった．また，活性部位にあるアスパラギン残基は，FimH―糖鎖多価相互作用においても重要な役割をすることが明らかになった．これらの結果を第41回日本糖質学会年会，日本化学会第103春季年会にて発表した．

糖鎖は生体内で細胞シグナル伝達や宿主免疫応答調節を担う．本研究では，この認識特異性における機構の解明に向けた新たな解析手法の開発を行っている．令和4年度は，前年度に引き続き，大腸菌の1型線毛の付着因子FimHアドヘシンの糖鎖親和性を対象にした．結合様式が異なる四種類の糖鎖とFimH間の親和性の違いについて，各結晶構造をもとにした分子動力学シミュレーションを行い，そのスナップショット構造におけるFimHと糖鎖間の相互作用エネルギーを量子化学計算により求めた．相互作用エネルギーの大きさは実験的に得られた熱力学的データと定性的に一致した．活性部位に存在するアスパラギン酸と二つのチロシン残基の配座の違いによって相互作用が変化し，重要な役割をすることが明らかになった．これらの結果をまとめ，第60回生物物理学会年会において，招待講演を行った．次にリガンドが多価結合する際の認識特異性を評価するための新たなシミュレーション方法の開発に向けて研究を開始した．二つのFimHがマンノース三糖と結合する結晶構造(pdb ID:6gtv, 6gtw)を出発構造として，MDシミュレーションを行い，複合体構造のダイナミクスや溶媒分布の変化を解析した．また，MDシミュレーションのスナップショット構造におけるFimHと糖鎖間の相互作用エネルギーを量子化学計算により算出した．その結果，解離を防ぐための剪断応力が働く状態では一定時間が経過後も相互作用が強く，立体配座が多少変化しても，糖鎖親和性が保持されることが明らかになり，実験結果を支持するものであった．また，活性部位にあるアスパラギン残基は，FimH―糖鎖多価相互作用においても重要な役割をすることが明らかになった．これらの結果を第41回日本糖質学会年会，日本化学会第103春季年会にて発表した．