Study of the phosphorylation latch mechanism for the transcriptional regulation via intrinsically disordered regions

通过本质无序区域进行转录调控的磷酸化闩锁机制的研究

基本信息

批准号：
20K12069
负责人：
笠原浩太
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は大きく下記3ステップより成る(a) ゲノムワイドな候補転写因子の探索、(b) 独自の分子動力学法（MD）を用いたメカニズム解析、(c) 実験による検証。(a) 蛋白質のデータベースであるUniProtよりヒト転写因子をゲノムワイドに取得し、天然変性領域（IDR）予測を網羅的に行った。さらにリン酸化部位のデータベースであるPhosphoSitePlusの情報をマッピングし、DNA結合ドメイン近傍のIDRに3ないし4残基間隔で2つのリン酸化部位が存在する転写因子を絞り込んだ。さらに目視で検討を行い、FOXO4、TGIF1、PC4の転写因子をリン酸化ラッチ機構を持つ転写因子の候補として同定した。(b) これら転写因子についてMDによる検討を行った。IDRによる複雑な構造アンサンブルをより正確に解析するため、MDの技術開発や基礎的検討も並行して行った。特に、独自のMD手法としてVirutal-system coupled canonical MD法の開発を行い、またMD計算を実施するためのソフトウェアとしてmyPresto/omegageneを開発した。転写因子FOXO4については独自の手法であるvirtual-system coupled multi-canonical MD法を適用し、TGIF1およびPC4ではさらに発展させた手法であるvirtual-system coupeld canonical MD法による検討を行った。いずれについてもDNA結合ドメインとその近傍のIDRを含む分子モデルを構築し、IDRのダイナミクスを解析した。特にFOXO4とTGIF1ではリン酸化状態と非リン酸化状態両方について計算をおこない、IDRのリン酸化部位がDNA結合領域と相互作用する結果が得られた。これは進化的に類縁関係にない複数の転写因子において共通してリン酸化ラッチ機構が働いていることを示唆し、そのメカニズムの普遍性をサポートしている。その結果を元に、(c)仮説を検証するin vitro実験の設計および予備的検討を進めた。

这项研究包括三个主要步骤：（a）搜索全基因组候选转录因子，（b）使用独特的分子动力学方法（MD）和（c）实验验证的机理分析。（a）从Uniprot（蛋白质数据库）中获得人类转录因子，并全面预测了天然变性区域（IDR）。此外，将来自磷酸化位点数据库的磷材材料的信息映射到缩小转录因子缩小转录因子，其中在DNA结合结构域附近的IDR中以3至4个残基存在两个磷酸化位点。此外，进行了视觉检查，并将转录因子（例如FOXO4，TGIF1和PC4）鉴定为具有磷酸化闩锁机制的候选转录因子。（b）MD检查了这些转录因子。为了更准确地使用IDR分析复杂的结构集合，我们还同时进行了MD技术开发和基本考虑。特别是，我们已经开发了具有自身的MD方法的Viver-System耦合典型MD方法，而MyPresto/Omegagene是用于执行MD计算的软件。转录因子FOXO4应用于原始的虚拟系统耦合多官方MD方法，并研究了虚拟系统耦合的规范MD方法，对TGIF1和PC4进行了进一步开发的方法。对于这两者，构建了包含DNA结合域及其周围IDR的分子模型，以分析IDR的动力学。特别地，对FOXO4和TGIF1中的磷酸化和非磷酸化状态进行了计算，并获得了IDR的磷酸化位点与DNA结合区相互作用的结果。这表明磷酸化闩锁机制在多种转录因子中起作用，这些转录因子在没有进化相关的情况下支持该机制的普遍性。基于结果，（c）我们进行了体外实验的设计和初步检查，以检验该假设。

项目成果

期刊论文数量（44）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Phosphorylation on an intrinsically disordered region regulates the DNA binding activity of a transcription factor via transient interactions.

本质上无序区域的磷酸化通过瞬时相互作用调节转录因子的 DNA 结合活性。

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kota Kasahara;Toru Sengoku;Qilin Xie;Yuta Nakano;Ryotaro Koike;Satoshi Fukuchi;Junichi Higo;Masafumi Nakayama;Kazuhiro Ogata;Takuya Takahashi
通讯作者：
Takuya Takahashi

ヘリックス傾向の異なる9 種類のペプチド周囲における水和ダイナミクスの分子動力学的研究 / Molecular dynamics study of hydrated water dynamics around 9 peptides with different helix propensity

9种不同螺旋倾向肽周围水合水动力学的分子动力学研究

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
延永慎吾; 高橋卓也; 笠原浩太
通讯作者：
笠原浩太

相分離生物学の全貌（現代化学増刊46)

相分离生物学全图(现代化学特辑46)

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
浅野耀介;古川貴一;山田侑樹;櫨山淳雄;Hirotaka Takahashi;白木　賢太郎
通讯作者：
白木　賢太郎

蛋白質配列上の電荷分布が液-液相分離現象に及ぼす影響の検討

检查蛋白质阵列上的电荷分布对液-液相分离现象的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Alia Sayeda Shamma;Adachi Kohei;Hossain Tahera;Le Nhat Tan;Kaneko Haru;Lago Paula;Okita Tsuyoshi;Inoue Sozo;笠原浩太
通讯作者：
笠原浩太

液-液相分離のシミュレーションに向けた粗視化分子モデルパラメータの開発 / Development of coarse-grained molecular model parameters for simulations of liquid-liquid phase separation

开发用于模拟液-液相分离的粗粒分子模型参数