Visualization of protonated states of dissociative substituents by cooperation of quantum calculations and crystal structures

通过量子计算和晶体结构的合作可视化解离取代基的质子化态

• 批准号: 22K19278
• 负责人: 藤橋 雅宏
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Osaka Medical and Pharmaceutical University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19278/
• 关键词: 結晶構造; 量子計算

本研究では、量子計算と結晶構造の協調による解離性置換基のプロトン化状態可視化手法の開発を目指している。この手法開発のための題材酵素として Methanothermobacter thermoautotrophicus 由来オロチジン一リン酸脱炭酸酵素 (Mt-ODCase) を用いている。予備研究により、Mt-ODCase の大量発現・精製・結晶化の手法は一通り構築済みである。X 線の吸収線量と結晶損傷の関係の調査も進んでおり、吸収線量 1 MGy までは結晶構造中で最も放射線感受性の高い部分でもほぼ変化しないとわかっている。この吸収線量は標準的なデータ収集の 1/10程度に過ぎないが、これまでにこの吸収線量で 0.99 Å分解能のデータ取得に成功している。このデータを基にした、汎用ソフトウェアでは扱えない esd（原子それぞれの座標の不確かさ）の見積もりを含む結晶構造も、パイロットデータについてはプログラム SHELEX を用いて決定済みである。本研究では広く適用可能な手法開発を目指しているため、これまでに取得したデータの他に、複数のデータを取得しておくことが好ましい。そこで2022年度には、従来より構築済みであった手法により、Mt-ODCase の大量発現・精製・結晶化をおこなった。このうち結晶化について、シーディング手法の改善により、得られる結晶の質を制御できる可能性を見いだした。またこれまでに取得した Mt-ODCase のデータを整理し、今後の解析に使用可能なデータの特定を進めた。また、我々とは別に、近年ドイツのグループにより、ヒト由来ODCase (Hs-ODCase) について、様々な基質等の複合体の結晶構造が 0.9 ~ 1.2 Å 分解能で発表されていたが、この構造について量子計算を行うための下準備となる構造の精査も進めた。

这项研究旨在通过协调量子计算和晶体结构来开发一种可视化可分离取代基的质子化态的方法。源自甲烷杆菌热藻型衍生的单磷酸脱羧酶（MT-odcase）被用作开发此方法的受试者。初步研究已经建立了一种完整的方法，用于大规模表达，纯化和MT-dodcase的结晶。还已经研究了吸收剂量的X射线剂量与晶体损伤之间的关系，众所周知，最高剂量为1 MGY的剂量，即使是晶体结构中最辐射敏感的部分也几乎没有变化。这种吸收的剂量仅是标准数据收集的约1/10，但到目前为止，在该吸收剂量下已成功获得了以0.99Å分辨率的数据。还使用程序SHELEX确定了试点数据，该程序基于此数据，包括ESSD的估计值（原子的每个坐标的不确定性），该数据无法通过通用用途软件来处理。这项研究旨在开发一种可以广泛应用的方法，因此除了到目前为止获得的数据外，还希望获得多个数据。因此，在2022年，使用以前已经构建的方法进行了大规模表达，mt-odcase的纯化和结晶。其中，发现通过改善播种方法获得的晶体质量的可能性被发现以进行结晶。我们还组织了远离MT-dodcase的数据，并努力识别可用于将来分析的数据。除我们外，近年来，一个德国群体在分辨率为0.9至1.2Å的人类衍生的ODCase（HS-odcase）的各种底物和其他复合物的晶体结构中，还仔细检查了用于量子计算的结构。

项目成果

Contribution of the distortion to the catalysis of orotidine 5’－monophosphate decarboxylase

畸变对乳清苷5’-单磷酸脱羧酶催化的贡献

• 发表时间: 2023
• 作者: Yamashita Akira;Shichino Yuichi;Fujii Kazuki;Koshidaka Yumie;Adachi Mayumi;Sasagawa Eri;Mito Mari;Nakagawa Shinichi;Iwasaki Shintaro;Takao Keizo;Shiina Nobuyuki;Masahiro Fujihashi
• 通讯作者: Masahiro Fujihashi