A02-動的溶液環境における天然変性タンパク質自己凝縮過程の理論研究

近年、細胞内の物質濃度変化や流れといった動的溶液環境とタンパク質の自己凝縮の関連が示唆されています。本研究領域の関山･菅瀬らのこれまでの実験から、動的溶液環境が天然変性タンパク質と直接相互作用することでその自己凝縮過程を制御するという仮説を得られました。そこで本研究グループでは、液体の統計力学理論を基盤としたアプローチで、天然変性タンパク質の自己凝縮過程における動的溶液環境の影響を原子レベルでの解明と、自己凝縮の原子モデルを構築を目指します。このモデルを領域の分子・細胞レベルの計画研究班で検証し、天然変性タンパク質の自己凝縮過程を制御する動的溶液環境因子を同定します。このために以下に示す２つの手法によるアプローチを行います。
１つ目は、生体分子の溶媒和理論である3D-RISM理論と分子シミュレーションを用いたアプローチです。この理論により、タンパク質構造と溶媒和構造のダイナミクスを調べ、溶液環境と天然変性タンパク質の原子レベルの相互作用と、それによって引き起こされる構造変化を予測し、原子モデルを構築します。動的溶液環境因子(組成・濃度・流れ・電場など)を検討することで、なにが自己凝縮を誘起するのか、そのメカニズムを解明を目指します。
２つ目は、高分子溶液の構造・物性を記述できる高分子溶液理論であるPolymer RISM理論による、液-液相分離およびその相挙動の解析です。この理論では、天然変性タンパク質を高分子鎖としてモデル化し、ATPやイオンを含む混合溶液の構造および熱力学量を求めることができます。これによりタンパク質自己凝縮の熱力学条件を予測を目指します。