クライオ電顕画像から蛋白質の動的構造を描写するための新規計算科学手法の確立と応用

建立并应用一种新的计算科学方法来描述冷冻电镜图像中蛋白质的动态结构

基本信息

批准号：
21H01050
负责人：
中迫雅由
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

（１）構築してきた三次元コンボリューション・フィルターを用いる水和構造予測ニューラル・ネットワークの概要と適用に関して、論文を投稿した。査読過程において、蛋白質ー低分子複合体における水和構造予測の有効性や、世界に現存する他の二つの水和構造予測ニューラル・ネットワークとの性能比較を要求され、これらへの対応を行った。その結果、本研究で開発した水和構造予測ニューラル・ネットワークが最高性能を持つことが明らかとなった。掲載受理後はプレスリリースを行い、新聞やインターネットなどで取り上げられた。（２）電子顕微鏡を用いた構造解析については、これまでの電子顕微鏡と分子動力学計算による蛋白質運動の自由エネルギー地形解析について総合報告を行った。グルタミン酸脱水素酵素と補酵素混合溶液に対するクライオ電子顕微鏡構造解析では、複数の補酵素結合部位が見出され、この結果得られた補酵素結合経路に関する論文を投稿した。査読過程で酵素反応実験を二回実施し、構造解析結果の補強を行った。また、今後の研究で必要となる補酵素の力場パラメーターを、水中の補酵素分子に対する分子動力学計算を通じて検討した。さらに、酵素蛋白質－補酵素－基質三者複合体の構造解析に成功するとともに、次年度に向けた点変異体三者複合体の電子顕微鏡観察も実施した。（３）光受容蛋白質phytochrome B、 phtototropin2の構造解析では、精製方法に改良を加えて、短時間でより凝集の少ない標品を得るプロトコルを考案した。また、SPring-8キャンパスにおいてこれら蛋白質を精製し、直後に電子顕微鏡観察やＸ線構造解析が行う体制を整え、実際に現地での精製に引き続き、Ｘ線小角散乱実験とクライオ電子顕微鏡観察を実施することができた。（４）Ｘ線回折イメージングにおいて開発してきた構造解析達成指標をクライオ電子顕微鏡解析に適用することを検討した。

（1）我提交了一篇关于使用我构建的三维卷积滤波器的水化结构预测神经网络的概要和应用的论文。在同行评审过程中，我们被要求评估蛋白质-小分子复合物中水合结构预测的有效性，并将其性能与世界上其他两个现有的水合结构预测神经网络进行比较，我们对这些要求做出了回应。结果表明，本研究开发的水化结构预测神经网络具有最高的性能。该文章被接受发表后，发布了一份新闻稿，并在报纸和互联网上刊登了该文章。 (2)在电子显微镜结构分析方面，我们提供了利用电子显微镜和分子动力学计算对蛋白质运动进行自由能形貌分析的综合报告。对谷氨酸脱氢酶和辅酶混合溶液的冷冻电子显微镜结构分析揭示了多个辅酶结合位点，并提交了一篇关于由此产生的辅酶结合途径的论文。在同行评审过程中，进行了两次酶反应实验以强化结构分析结果。此外，通过对水中辅酶分子的分子动力学计算，研究了未来研究所需的辅酶的力场参数。此外，我们成功地对酶蛋白-辅酶-底物三元复合物进行了结构分析，并在明年对点突变三元复合物进行了电镜观察。 (3)对于光感受器蛋白光敏色素B和趋光素2的结构分析，我们改进了纯化方法并设计了一种方案，以在更短的时间内获得较少聚集的标本。另外，我们在SPring-8园区建立了一个系统来纯化这些蛋白质，并立即进行电子显微镜和X射线结构分析，并实际进行小角度X射线散射实验和冷冻电子显微镜。 -现场净化。 (4)我们考虑将针对X射线衍射成像开发的结构分析成果指数应用于冷冻电子显微镜分析。