当センターを利用した研究成果の紹介

二価カチオンによるイオンチャネルの活性阻害機構の解析

神経活動はイオンチャネルによって複雑な調節を受けています。本研究では、イオンチャネルのイオン透過を二価カチオンが阻害する様子を分子動力学シミュレーションで再現し、その阻害機構を解明しました。イオンチャネルの内腔に親水的な環境を導入することで二価カチオンが安定して存在することができる様子が観察されました。この二価カチオンの滞留により、イオン電流が生じにくくなるということが明らかになりました。本成果は多価イオンの分子動力学シミュレーションでの再現などについても新たな知見を提供します。

K. Irie, Y. Oda, T. Sumikama, A. Oshima, Y. Fujiyoshi, Nat. Commun., 14, 4236 (2023).

細胞内でリン光を発する金銀ナノクラスター

発光性金属ナノクラスターは，配位子構造や金属の種類・核数や配列により，クラスター構造に特異な物性が発現することが期待される。本研究では，含窒素複素環状カルベン（NHC）配位子を用いた炭素中心金銀（CAu6Ag2）クラスターを設計・合成し，このクラスターが溶液中で強いリン光を発光することを見出し，NHC配位子がリン光発光に寄与することを理論計算により明らかにした。スピン軌道相互作用を含む解析によって発光速度定数を算出し，最小エネルギー交差点へのエネルギー障壁で量子収率を議論した。さらに，この発光寿命の長いリン光性金銀クラスターを細胞イメージングに用いたところ，細胞への取込みの経路や特定の小器官に選択的に局在することが明らかになり，従来のホスフィン配位子の非選択的な取込みとは異なる優れた機能が確認された。
Z. Lei, M. Endo, H. Ube, T. Shiraogawa, P. Zhao, K. Nagata, X.-L. Pei, T. Eguchi, T. Kamachi, M. Ehara, T. Ozawa, M. Shionoya Nature Commun. 13, 4288-1-9 (2022).

新型コロナウイルスのRNA依存性RNAポリメラーゼにおけるレムデシビルのバケツリレー

新型コロナウイルスの遺伝子を複製するタンパク質（RNA依存性RNAポリメラーゼ）にレムデシビルが取り込まれる過程を分子動力学シミュレーションで解明しました。レムデシビルにはマイナス電荷を持つリン酸基があり、RNAポリメラーゼの結合サイトにはMg2+イオンがあります。さらにRNAポリメラーゼにはプラス電荷を持つアミノ酸であるリジン残基が結合サイトに向かって一列に並んでいます。リジン残基がレムデシビルのリン酸基を引きよせ、それを隣のリジン残基に受け渡すことを繰り返しながら、バケツリレーのように薬剤を結合サイトに運んでいることが明らかになりました。

S. Tanimoto, S. G. Itoh, and H. Okumura: Biophys. J. (2021), DOI: 10.1016/j.bpj.2021.07.026, “Bucket brigade” using lysine residues in RNA-dependent RNA polymerase of SARS-CoV-2

生体分子マシンの機能ダイナミクスのシミュレーション

機能ダイナミクスは、生体分子マシンが働く仕組みを理解する上で必要不可欠である。例えば、膜輸送タンパク質（トランスポーター）は、内向き開構造と外向き開構造の間をいったりきたりすることで、膜をこえた基質輸送を行っている。このような生体分子マシンの全原子モデルでのシミュレーション系は数十万原子数にも及び、機能発現にかかる時間ミリ秒スケールの直接的なシミュレーションは困難であるが、ダイナミクスの促進や遷移ダイナミクスを集中的にサンプリングする手法によって、機能発現の瞬間の分子メカニズムを解明している。
K. Okazaki, D. Wöhlert, J. Warnau, H. Jung, Ö. Yildiz, W. Kühlbrandt and G. Hummer, Nat. Commun. 10, 1742 (2019)

第一原理反応ダイナミクスと反応経路自動探索

化学反応は固有反応座標（IRC）に沿って起こるのか？ 金5量体に対しab initio MD計算による古典軌道をグローバル反応経路地図上にマッピングして動的経路を解析し、反応経路跳躍の概念を提案。

T. Tsutsumi, Y. Harabuchi, Y. Ono, S. Maeda, and T. Taketsugu, Phys. Chem. Chem. Phys., 20, 1364 (2018).

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新着情報

2022-10-17 スーパーコンピュータワークショップ2022

2023/1/16(月)-17(火)の期間、「複雑電子状態の理論・計算科学」をテーマでワークショップをオンライン（一部ハイブリッド）開催いたします。ポスター発表も Zoom ブレイクアウトルームを用いた形式で開催します。ワークショップの詳細や参加方法については以下をご覧ください。
2022-10-11 10/13(木) 12:00-13:00 NOUS 臨時メンテナンス

10/13(木) 12:00-13:00 の間、利用申請システム NOUS が臨時メンテナンスのためにご利用いただけません。
ご不便をおかけいたしますが、ご理解、ご協力のほどよろしくお願いいたします。

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