Theoretical Elucidation of the Adaptation Mechanism in Molecular Motors and Its Application to Advanced Function Design

分子马达适应机制的理论阐明及其在高级功能设计中的应用

• 批准号: 22KJ0505
• 负责人: 久保 進太郎
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0505/
• 关键词: キネシン; ダイニン; 分子動力学計算; 分子モーター; 一分子計測; キネシン; ダイニン; 分子動力学計算; 分子モーター; 一分子計測

ダイニンの微小管上での挙動について、分子動力学計算を用いてシミュレーションを行い、その特徴的な運動をアミノ酸粒度で明らかにした。キネシンのモータードメイン単体がアミノ酸数５００程度なのに対して、３０００以上のサイズを持つダイニンの運動機構を先に計算したことによって、残された時間でキネシンの運動を計算することが容易となった。微小管の全てを一気に扱うのは計算コストの観点から困難なため、計算にはアルファーベータチューブリンダイマーを4組、それを４列ぶん配置した微小管シートをモデリングし、計算を実行した。ダイニンの運動にはダイニン単体の構造変化はもちろん、ダイニン間の相互作用や、ダイニンと微小管の間の相互作用も重要な影響を及ぼすことが容易に考えられる。そこで、微小管の表面に幾つかの翻訳後修飾をマッピングし、その影響についても確認した。さらに、高機能化デザインに向けて、当初の予定では重要だと思われる残基に点変異をアミノ酸の種類全てについて行う理論的なスクリーニングを用いて取り組む予定だった。もちろん、これは引き続き実行予定ではあるが、並行して分子モーターの高機能化を目的としたニューラルネットワークの作成にも取り組み始めている。この取り組みにより実現されるエージェントはダイニンやキネシンといった歩行運動を行う分子モーターだけでなく、FoF1 ATPaseやヘリケース、RNAポリメラーゼといったさまざまな分子モーターへの適用可能性を秘めている。

使用分子动力学计算模拟动力蛋白在微管上的行为，其特征运动通过氨基酸粒径揭示。虽然驱动蛋白的运动结构域的氨基酸计数约为500，但Dynein的运动机理的大小为3,000或以上，这是首先计算出的，从而更容易计算出剩余时间的驱动蛋白的运动。由于很难从计算成本的角度立即处理所有微管，因此计算是通过对包含四组字母 - 微管蛋白二聚体和四行的微管纸进行建模来进行计算。很容易地认为，不仅仅动动蛋白的结构变化，而且动力蛋白和微管之间的相互作用也对动力蛋白的运动也具有重要影响。因此，将几种翻译后修饰映射到微管的表面，并确认了这些修饰的作用。此外，为了增强功能设计，该公司计划使用理论筛选来解决所有氨基酸类型的点突变，最初被认为很重要。当然，这是计划继续的，但是同时，我们也开始致力于创建旨在改善分子电机功能的神经网络。通过该计划实现的代理不仅可以应用于进行步行运动的分子电机，例如动力蛋白和驱动蛋白，还可以应用于各种分子电机，例如FOF1 ATPase，Helicase，Helicase和RNA聚合酶。