静電相互作用に基づくタンパク質－タンパク質間相互作用の理解

基于静电相互作用理解蛋白质-蛋白质相互作用

基本信息

批准号：
17J06377
负责人：
杉本悠
金额：
$ 2.83万
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：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、タンパク質－タンパク質間相互作用(PPIs)を静電相互作用に着目し、分子シミュレーションを用いてその機構を解明することである。平成30年度は昨年度から引き続き、ターゲットPPIsとして静電相互作用が結合に強く関与しているbarnase-barstarのペアを用いて研究を推進した。2つのタンパク質の結合という長いタイムスケールの現象を追跡するために、効率的に構造空間を探索することができるweighted ensemble(WE)法を用いて計算を行った。また解離状態と結合状態を定義することで、結合速度定数を計算することもできる。そこで独立したWEを3回行い、barnase-barstarの結合速度定数を計算したところ、実験値の10分の1程度であった。これは計算時間が短く正しい値に収束していないためと考えられる。さらに、結合経路を調べるためにWEの全データを2つの手法で解析した。まずマルコフ状態モデルによる解析を行った。この解析ではマルコフ性を満たすために、遷移行列を計算する際に大きなラグタイムを用いる必要がある。しかし大きなラグタイムを用いた場合、WEにおける重みの移動を処理する方法が存在しないため、正しい解析結果が得られなかった。次に、非マルコフ解析を行った。この解析ではマルコフ性を満たす必要がないため、小さなラグタイムを用いることができる。そこで最小のラグタイムを用いて解析を行い、結合速度定数を計算したところ、実験値とよく一致していた。さらにコミッタを計算したところ、大きなコミッタはbarnaseの結合部位上部に広く分散していた。コミッタが広く分散していることは結合部位上部のエネルギー地形が結合部位のごく近傍だけでなく、広範囲に渡り大きなすり鉢状になっていることを示唆している。静電相互作用がこの大きなすり鉢状のエネルギー地形を作り出していると予想している。

本研究的目的是通过关注静电相互作用并使用分子模拟来阐明蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）的机制。 2018年度，继去年之后，我们推进了以静电相互作用强烈参与结合的barnase-barstar对为目标PPI的研究。为了追踪两种蛋白质之间长时间尺度的结合现象，我们使用加权集成（WE）方法进行计算，该方法可以有效地搜索结构空间。此外，通过定义解离状态和结合状态，还可以计算结合速率常数。因此，当我们进行3次独立WE并计算barnase-barstar的结合速率常数时，其约为实验值的十分之一。这被认为是因为计算时间短并且计算没有收敛到正确值。此外，我们使用两种方法分析了所有 WE 数据来研究结合途径。首先，我们使用马尔可夫状态模型进行了分析。在本次分析中，为了满足马尔可夫性质，在计算转移矩阵时需要使用较大的滞后时间。然而，当使用较大的滞后时间时，由于没有办法处理WE中的重量运动，因此无法获得正确的分析结果。接下来，进行非马尔可夫分析。该分析不需要满足马尔可夫性质，因此可以使用较小的滞后时间。因此，我们使用最小滞后时间进行分析并计算结合速率常数，这与实验值非常吻合。对提交者的进一步计算表明，大型提交者广泛分布在芽孢杆菌RNA酶结合位点上方。广泛分散的提交者表明，结合位点上方的能量景观不仅位于结合位点附近，而且形状像一个覆盖广阔区域的大型迫击炮。我们预测静电相互作用会产生这个巨大的锥形能量景观。

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）

Oriented Adsorption and Immobilization of Redox Enzymes for Electrochemical Communication with Electrodes

氧化还原酶的定向吸附和固定化与电极的电化学通讯

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
Encyclopedia of Interfacial Chemistry - Surface Science and Electrochemistry
影响因子：
0
作者：
Yu Sugimoto;Keisei So;Hong-qi Xia;Kenji Kano
通讯作者：
Kenji Kano

Reactivation of standard [NiFe]-hydrogenase and bioelectrochemical catalysis of proton reduction and hydrogen oxidation in a mediated-electron-transfer system

标准[NiFe]-氢化酶的重新激活以及介导电子转移系统中质子还原和氢氧化的生物电化学催化

DOI：
10.1016/j.bioelechem.2018.05.003
发表时间：
2018
期刊：
Bioelectrochemistry
影响因子：
5
作者：
S. Shiraiwa;K. So;Y. Sugimoto;Y. Kitazumi;O. Shirai;K. Nishikawa;Y. Higuchi;K. Kano
通讯作者：
K. Kano

タンパク質-タンパク質結合の粗視化MDシミュレーション：barnaseとbarstarを例として

蛋白质-蛋白质结合的粗粒度 MD 模拟：以 Barnase 和 barstar 为例