Estimation of stability and functional changes due to amino acid substitution using molecular simulations

使用分子模拟估计氨基酸取代引起的稳定性和功能变化

基本信息

批准号：
20H03230
负责人：
光武亜代理
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Meiji University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

これまで、蛋白質の分子シミュレーションに関して、物理化学の理論に基づく方法論の開発を行ってきた。本研究課題では、これら手法の開発を継続するとともに環状ペプチドや膜蛋白質系に関しての機能メカニズムを理解するための理論的な基盤の構築を行う。開発した方法を駆使して、アミノ酸置換により蛋白質やペプチドのデザインを行う。今年は特に、膜蛋白質の睡眠に関係するGPCRであるオレキシン受容体２の研究を進めた。昨年度までに、脂質膜を取り入れた系の構築を行い、いくつかの変異体のシミュレーションを複数本実行して、独自の解析手法である緩和モード解析を用いて解析を行い、成果として論文にまとめた。今年度は、アンタゴニストやアゴニストが結合した構造やクライオ電子顕微鏡で解かれた活性構造をもとに、大規模な複数のMDシミュレーションを実行した。緩和モード解析を適用して、不活性構造と活性構造の違いについて、明確にした。特に３番目の膜貫通ヘリックス上の３つのアミノ酸残基の状態の違いが明確になり、これについて詳細に調べた。現在、論文作成中である。方法論の開発として、moving RMSDという解析手法が、大きな構造変化が生じるフォールディングシミュレーションのトラジェクトリーを解析するのに適していることを示した。通常、天然構造からどれくらい構造が違うか調べるのに天然構造をレファレンスとしてRMSDを計算することが多いが、ここでは、時間差の構造間のRMSDを計算する。安定な構造や準安定な構造は、その構造に滞在する時間が長いので、この解析をすると、RMSDが小さい時間領域は、安定構造であることが示唆でき、天然構造がわかっていないトラジェクトリーに関しても、この解析を行うと安定な構造を特定できる。この研究に関して論文にまとめた。

到目前为止，我们一直在开发基于物理化学理论的蛋白质分子模拟方法。在本研究项目中，我们将继续发展这些方法，为理解环肽和膜蛋白系统的功能机制构建理论基础。使用开发的方法，我们将通过氨基酸取代来设计蛋白质和肽。今年，我特别专注于研究食欲素受体2，一种与睡眠相关的膜蛋白GPCR。到去年，我们已经构建了一个包含脂质膜的系统，对几种突变体进行了多次模拟，并使用独特的分析方法——弛豫模式分析进行了分析，并将结果总结在一篇论文中。今年，我们基于拮抗剂和激动剂结合的结构以及使用冷冻电子显微镜解析的活性结构进行了多次大规模MD模拟。通过应用弛豫模式分析，我们阐明了非活性结构和活性结构之间的区别。特别是，明确了第3跨膜螺旋上的3个氨基酸残基的状态差异，并对此进行了详细研究。该论文目前正在撰写中。作为方法论的发展，我们证明了一种称为移动 RMSD 的分析方法适用于分析发生较大结构变化的折叠模拟的轨迹。通常，RMSD常常以自然结构为参考来计算，以考察结构与自然结构的差异有多大，但这里我们计算具有时间差的结构之间的RMSD。稳定和亚稳态结构在该结构中停留很长时间，因此该分析表明 RMSD 小的时间区域是稳定结构，并且可以表明 RMSD 小的时间区域是稳定结构，并且很难预测自然结构未知的轨迹，但是，通过执行此分析，可以识别稳定的结构。我在一篇论文中总结了这项研究。

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）

分子シミュレーションを用いたオレキシン2受容体－Gタンパク質複合体の動的性質の研究

利用分子模拟研究食欲素2受体-G蛋白复合物的动态特性

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
横井駿;光武亜代理
通讯作者：
光武亜代理

Characteristic structural difference between inactive and active states of orexin 2 receptor determined using molecular dynamics simulations

使用分子动力学模拟确定食欲素 2 受体非活性和活性状态之间的特征结构差异

DOI：
10.1007/s12551-021-00862-1
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shun Yokoi;Ayori Mitsutake
通讯作者：
Ayori Mitsutake

Structural Stability Analysis of Proteins Using End-to-End Distance: A 3D-RISM Approach

使用端到端距离进行蛋白质结构稳定性分析：3D-RISM 方法

DOI：
10.3390/j5010009
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yutaka Maruyama;Ayori Mitsutake
通讯作者：
Ayori Mitsutake

Computational Analysis of the SARS-CoV-2 RBD?ACE2-Binding Process Based on MD and the 3D-RISM Theory

基于MD和3D-RISM理论的SARS-CoV-2 RBD?ACE2结合过程的计算分析

DOI：
10.1021/acs.jcim.2c00192
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
5.6
作者：
Yoshida Norio;Maruyama Yutaka;Mitsutake Ayori;Kuroda Akiyoshi;Fujiki Ryo;Kanemaru Kodai;Okamoto Daisuke;Kobryn Ale;er E.;Gusarov Sergey;Nakano Haruyuki
通讯作者：
Nakano Haruyuki

Dynamics of the Complex for Orexin 2 Receptor and G protein using Molecular Dynamics Simulations

使用分子动力学模拟研究食欲素 2 受体和 G 蛋白复合物的动力学