リガンドの多価結合による分子認識機構を有する生体分子間相互作用の解析手法の確立

基于配体多价结合的分子识别机制生物分子相互作用分析方法的建立

• 批准号: 21K12112
• 负责人: 能登 香
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Kitasato University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12112/
• 关键词: 分子認識機構; 糖鎖; 多価結合; 分子動力学; 量子化学計算; アドヘシン; 生体分子間相互作用; シミュレーション

糖鎖は生体内で細胞シグナル伝達や宿主免疫応答調節を担う．本研究では，この認識特異性における機構の解明に向けた新たな解析手法の開発を行っている．令和4年度は，前年度に引き続き，大腸菌の1型線毛の付着因子FimHアドヘシンの糖鎖親和性を対象にした．結合様式が異なる四種類の糖鎖とFimH間の親和性の違いについて，各結晶構造をもとにした分子動力学シミュレーションを行い，そのスナップショット構造におけるFimHと糖鎖間の相互作用エネルギーを量子化学計算により求めた．相互作用エネルギーの大きさは実験的に得られた熱力学的データと定性的に一致した．活性部位に存在するアスパラギン酸と二つのチロシン残基の配座の違いによって相互作用が変化し，重要な役割をすることが明らかになった．これらの結果をまとめ，第60回生物物理学会年会において，招待講演を行った．次にリガンドが多価結合する際の認識特異性を評価するための新たなシミュレーション方法の開発に向けて研究を開始した．二つのFimHがマンノース三糖と結合する結晶構造(pdb ID:6gtv, 6gtw)を出発構造として，MDシミュレーションを行い，複合体構造のダイナミクスや溶媒分布の変化を解析した．また，MDシミュレーションのスナップショット構造におけるFimHと糖鎖間の相互作用エネルギーを量子化学計算により算出した．その結果，解離を防ぐための剪断応力が働く状態では一定時間が経過後も相互作用が強く，立体配座が多少変化しても，糖鎖親和性が保持されることが明らかになり，実験結果を支持するものであった．また，活性部位にあるアスパラギン残基は，FimH―糖鎖多価相互作用においても重要な役割をすることが明らかになった．これらの結果を第41回日本糖質学会年会，日本化学会第103春季年会にて発表した．

糖基化负责细胞信号传导和控制体内宿主免疫反应。在这项研究中，我们正在开发一种旨在阐明这种识别特异性机制的新分析方法。在2022财政年度，与上一年一样，我们重点介绍了FIMH粘附素（大肠杆菌1型pili的粘附因子）的糖脂性。使用基于每个晶体结构的分子动力学模拟进行了不同结合模式和FIMH的四种类型的糖链之间的亲和力差异，快照结构中FIMH和糖链之间的相互作用能由量子化学计算确定。相互作用能量的大小在质上与实验热力学数据一致。已经揭示了相互作用的变化，具体取决于活性部位中存在的天冬酸与两个酪氨酸残基之间的构象，并起着重要作用。总结了这些结果，并在生物物理学会的第60届年会上进行了邀请的讲座。接下来，研究已经开始开发新的仿真方法，以评估配体与多价结合时的识别特异性。使用晶体结构进行了MD模拟，其中两个FIMH与甘露糖三糖（PDB ID：6GTV，6GTW）结合为起始结构，并且分析了复杂结构的动力学以及溶剂分布的变化。此外，通过量子化学计算计算了MD模拟快照结构中FIMH和糖链之间的相互作用能。结果，可以发现，在防止解离的剪切应力是活跃的状态下，即使在一定时间段内，相互作用也很强，并且即使构象略有变化，也可以保持糖基化亲和力，从而支持实验结果。还揭示了活性位点中的天冬酰胺残基在多价FIMH糖基化相互作用中也起着重要作用。这些结果在日本碳水化学科学学会和日本化学学会的第103届年度会议上的第41届年会上介绍。

项目成果

タンパク質―糖鎖間における多価相互作用の理論研究

蛋白质与糖链多价相互作用的理论研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Koji Kashihara and Yoshitaka Matsuda;能登 香
• 通讯作者: 能登 香

Analyses of recognition mechanism and structure of bacteria FimH adhesin

细菌FimH粘附素识别机制及结构分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Koji Kashihara and Yoshitaka Matsuda;能登 香;Koji Kashihara;能登 香;Koji Kashihara and Mizuki Shinguu;Kaori Ueno-Noto
• 通讯作者: Kaori Ueno-Noto

細菌感染の付着因子の糖鎖認識に関する理論研究

细菌感染粘附素聚糖识别的理论研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 柏原考爾;新宮瑞希;能登 香
• 通讯作者: 能登 香

糖鎖多価結合における認識機構に関する理論研究

多价糖键识别机制的理论研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Koji Kashihara and Yoshitaka Matsuda;能登 香;Koji Kashihara;能登 香
• 通讯作者: 能登 香

FimH 細菌感染の付着因子の糖鎖認識機構の解明

阐明FimH细菌感染粘附素的聚糖识别机制

• 发表时间: 2021
• 作者: 柏原考爾;新宮瑞希;能登 香;能登 香
• 通讯作者: 能登 香