研究課題 3細胞環境が生体分子機能に与える影響の解明

細胞の約70％は水で占められており、残りの30％はタンパク質や核酸などの生体分子です。その中には、タンパク質を合成するリボソームやタンパク質の折り畳みを助けるシャペロニンなどの巨大分子だけでなく、アデノシン三リン酸（ATP）やアミノ酸などの小さな代謝物を含みます。このような状況をコンピュータの中でモデリングすると、細胞内にはタンパク質が高濃度に詰め込まれていることが分かります。分子混雑環境下では、タンパク質構造が安定化するだけでなく、不安定化するケースも発見されています。細胞内におけるタンパク質の機能発現のメカニズムを理解するためには、実験的手法だけでなく計算科学的手法を用いて構造やダイナミクスを解析する必要があります。私たちは、MD計算プログラムGENESISとスーパーコンピュータを用い、さらに In-cell NMR などの実験グループと連携することにより、精密な細胞質基質モデルの構築と、細胞内でのタンパク質ダイナミクスの解析を行っています。

参考文献

  1. “Slow-Down in Diffusion in Crowded Protein Solutions Correlates with Transient Cluster Formation”, Grzegorz Nawrocki, Po-hung Wang, Isseki Yu, Yuji Sugita, and Michael Feig, J. Phys. Chem. B, 121, 11072–11084 (2017).
  2. “Crowding in Cellular Environments at an Atomistic Level from Computer Simulations”, Michael Feig, Isseki Yu, Po-hung Wang, Grzegorz Nawrocki, and Yuji Sugita, J. Phys. Chem. B, 121, 8009-8025 (2017).
  3. “Influence of protein crowder size on hydration structure and dynamics in macromolecular crowding”, Po-hung Wang, Isseki Yu, Michael Feig, and Yuji Sugita., Chem. Phys. Lett., 671, 63-70 (2017).
  4. “Biomolecular interactions modulate macromolecular structure and dynamics in atomistic model of a bacterial cytoplasm”, Isseki Yu, Takaharu Mori, Tadashi Ando, Ryuhei Harada, Jaewoon Jung, Yuji Sugita, and Michael Feig., eLife, 5, e19274 (2016).
  5. “Thermodynamics of Macromolecular Association in Heterogeneous Crowding Environments: Theoretical and Simulation Studies with a Simplified Model”, Tadashi Ando, Isseki Yu, Michael Feig, and Yuji Sugita., J. Phys. Chem. B, 120, 11856-11865 (2016).
  6. “Complete Atomistic Model of a Bacterial Cytoplasm for Integrating Physics, Biochemistry, and Systems Biology Journal of Molecular Graphics and Modelling”, Michael Feig, Ryuhei Harada, Takaharu Mori, Isseki Yu, Koichi Takahashi and Yuji Sugita., J. Mol. Graph. Model., 58, 1–9 (2015).
  7. “Reaching new levels of realism in modeling biological macromolecules in cellular environments”, Michael Feig and Yuji Sugita., J. Mol. Graph. Model., 45, 144–156 (2013).
  8. “Reduced Native State Stability in Crowded Cellular Environment Due to Protein–Protein Interactions”, Ryuhei Harada, Naoya Tochio, Takanori Kigawa, Yuji Sugita and Michael Feig., J. Am. Chem. Soc., 135, 3696–3701 (2013).
  9. “Protein Crowding Affects Hydration Structure and Dynamics”, Ryuhei Harada, Yuji Sugita and Michael Feig., J. Am. Chem. Soc., 134, 4842-4849 (2012).

共同研究者

Michael Feig (Michigan State University), 木川隆則 (理研 BDR), 伊藤隆 (首都大東京), 優乙石（前橋工科学）