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

基本信息

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

项目摘要

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．

聚糖在细胞信号转导和体内宿主免疫反应调节中发挥作用。在这项研究中，我们正在开发一种新的分析方法来阐明这种识别特异性背后的机制。 2020年度，继上年的基础上，我们重点研究了大肠杆菌1型菌毛的粘附素FimH粘附素的糖链亲和力。我们根据每种晶体结构进行了分子动力学模拟，研究了FimH与不同键合模式的四种糖链之间的亲和力差异，并通过量子分析计算了FimH与快照结构中糖链之间的相互作用能。由化学计算确定。相互作用能的大小与实验获得的热力学数据定性一致。据揭示，相互作用根据活性位点中存在的天冬氨酸和两个酪氨酸残基的构象而变化，并且它起着重要的作用。我总结了这些结果，并在生物物理学会第 60 届年会上做了邀请演讲。接下来，我们开始研究开发一种新的模拟方法来评估配体多价结合的识别特异性。使用两个 FimH 与甘露糖三糖 (pdb ID:6gtv, 6gtw) 键合的晶体结构作为起始结构，进行 MD 模拟以分析复杂结构的动力学和溶剂分布的变化。此外，利用量子化学计算计算了MD模拟的快照结构中FimH和糖链之间的相互作用能。结果表明，即使在施加剪切应力以防止解离的一定时间后，相互作用也很强，并且即使构象略有变化，碳水化合物亲和力也得以维持，这支持了该结果。研究还表明，活性位点的天冬酰胺残基在 FimH-聚糖多价相互作用中发挥着重要作用。这些结果发表在第41届日本碳水化合物研究会年会和第103届日本化学会春季年会上。