糖鎖構造から衝突断面積を予測

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精密な糖鎖構造決定への新たな一歩

2018年2月5日 理化学研究所

要旨

理化学研究所(理研)杉田理論分子科学研究室の杉田有治主任研究員、李秀栄研究員、渡部茂久研修生(研究当時)、グローバル研究クラスタ糖鎖構造生物学研究チームの山口芳樹チームリーダーらの国際共同研究グループ※は、分子動力学(MD)計算[1]を用いて、気相でのN型糖鎖[2]の立体構造アンサンブル[3]から衝突断面積[4]を予測し、糖鎖折り畳み構造と衝突断面積との関係性を明らかにしました。

糖鎖は単糖が鎖状につながった生体分子で、生体内でタンパク質や脂質に結合し、細胞間の情報伝達やウイルス感染などの病気とも関わっています。一方、糖鎖は枝分かれ構造をとり、異性体も多く存在することから、糖鎖の機能や病気に関係する構造を正確に同定することが困難でした。イオンモビリティー質量分析法(IM-MS)[5]は、生体分子をその形状(衝突断面積)に基づいて同定する技術で、近年の高感度技術を用いれば、微細な立体配座の違いで糖鎖異性体を分離できるとして注目を集めています。しかし、糖鎖は複数の安定構造をとっているため、衝突断面積からどの構造かを特定するのは困難です。

今回、国際共同研究グループは、10種類のピリジルアミノ化N型分岐型糖鎖に着目し、MD計算により立体構造アンサンブルから衝突断面積を予測することに成功しました。これまで衝突断面積から立体構造を予測した例はありますが、立体構造から衝突断面積を予測したのは初めてです。効率のよい構造探索アルゴリズムであるレプリカ交換MD法[6]を用いて、立体構造アンサンブルを高い信頼性で計算することで、定量的な予測を可能にしました。構造解析の結果、気相でのN型糖鎖は、プロトン化状態(水素イオンが付加した状態)と分岐鎖の長さに応じて特徴的な折り畳み構造をとっていることが分かり、その特徴と衝突断面積の値との間に明瞭な関係性があることが示されました。

本成果は、IM-MSデータの解釈を容易にするだけでなく、新しい糖鎖のIM-MS測定を計算化学的に予測できることを示しています。MD計算とIM-MSの連携により、今後、生体内の機能糖鎖の同定が大きく進展すると期待できます。

本成果は、英国の科学雑誌『Scientific Reports』(1月26日号)に掲載されました。

※国際共同研究グループ

理化学研究所

杉田理論分子科学研究室

主任研究員 杉田 有治(すぎた ゆうじ)

研究員 李 秀栄(り すよん)(生命システム研究センター 分子機能シミュレーション研究チーム 上級研究員)

研修生(研究当時) 渡部 茂久(わたべ しげひさ)

研究員(研究当時) 二島 渉(にしま わたる)

グローバル研究クラスタ 糖鎖構造生物学研究チーム

チームリーダー 山口 芳樹 (やまぐち よしき)

中央大学 理工学部

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