発明の詳細な説明【技術分野】 【０００１】 本発明は、コンピュータを用いたシミュレーション方法に関する。 続きを表示（約 13,000 文字）【背景技術】 【０００２】 タンパク質の合成工場であるリボソームの巨大な分子構造は、Ｘ線構造解析によって明らかにされている（非特許文献１～８）。しかし、そこから得られる情報は、ペプチド化機構の詳細な解明には極めて不十分なものであった。 【０００３】 ペプチド化の中心反応はアミデーションであるが、Ｘ線解析された構造では、アミデーション反応の反応場の周囲には多くの空隙構造が見られることを本発明者は見出した。この空隙は、本来存在すべき反応の必須成分が、Ｘ線解析に用いた結晶構造から散逸してしまったことを示唆している。その結果、反応機構を解明するために必要な情報が失われてしまったものと推察される。 【先行技術文献】 【非特許文献】 【０００４】 R. M. Voorhees, A. Weixlbaumer, D. Loakes, A. C. Kelley, & V. Ramakrishnan: Insights Into Substrate Stabilization from Snapshots of the Peptidyl Transferase Center of the Intact 70S Ribosome. Nat. Struct. Mol. Biol. 16, 528-533 (2009) DOI: 10.1038/nsmb.1577 M. Selmer, et al.: Structure of the 70S Ribosome Complexed with mRNA and tRNA. Science. 313, 1935-1942 (2006) DOI: 10.1126/science.1131127 N. Ban, P. Nissen, J. Hansen, P. B. Moore, & T. A. Steitz.: The Complete Atomic Structure of the Large Ribosomal Subunit at 2.4 A Resolution. Science. 289, 905-920 (2000) DOI: 10.1126/science.289.5481.905 V. Ramakrishnan: Ribosome Structure and the Mechanism of Translation. Cell. 108, 557-572 (2002) DOI: 10.1016/S0092-8674(02)00619-0 B. T. Wimberly, et al.: Structure of the 30S Ribosomal Subunit. Nature. 407, 327-339 (2000) DOI: 10.1038/35030006 M. M. Yusupov, et al.: Crystal Structure of the Ribosome at 5.5 A Resolution. Science. 292, 883-896 (2001) DOI: 10.1126/science.1060089 B. S. Schuwirth, et al. : Structures of the Bacterial Ribosome at 3.5 A Resolution. Science. 310, 827-834 (2005) DOI: 10.1126/science.1117230 J. Harms, et al.: High Resolution Structure of the Large Ribosomal Subunit from a Mesophilic Eubacterium. Cell. 107, 679-688 (2001) DOI: 10.1016/S0092-8674(01)00546-3 H. Gao, et al.: Study of the Structural Dynamics of the E. coli 70S Ribosome using Real-space Refinement. Cell. 113, 789-801 (2003) DOI: https://doi.org/10.1016/S0092-8674(03)00427-6 H. Stark, M. V. Rodnina, H. J. Wieden, F. Zemlin, W. 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Steitz: An Induced-fit Mechanism to Promote Peptide Bond Formation and Exclude Hydrolysis of Peptidyl-tRNA. Nature. 438, 520-524 (2005) DOI: 10.1038/nature04152 K. Lang, M. Erlacher, D. N. Wilson, R. Micura, & N. Polacek: The Role of 23S Ribosomal RNA Residue A2451 in Peptide Bond Synthesis Revealed by Atomic Mutagenesis. Chem. Biol. 15, 485-492 (2008) DOI: 10.1016/j.chembiol.2008.03.014 S. Trobro & J. Aqvist: Mechanism of Peptide Bond Synthesis on the Ribosome. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 102, 12395-12400 (2005) DOI: 10.1073/pnas.0504043102 P. K. Sharma, Y. Xiang, M. Kato, & A. Warshel: What Are the Roles of Substrate-assisted Catalysis and Proximity Effects in Peptide Bond Formation by the Ribosome? Biochemistry. 44, 11307-11314 (2005) DOI: 10.1021/bi0509806 S. M. Hecht, J. W. Kozarich, & F. J. Schmidt: Isomeric Phenylalanyl-tRNAs. Position of the Aminoacyl Moiety During Protein Biosynthesis. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 71, 4317-4321 (1974) DOI: 10.1073/pnas.71.11.4317 K. 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Soc. 135, 8708-8719 (2013) DOI: 10.1021/ja403038t C. Acosta-Silva, J. Bertran, V. Branchadell, & A. Oliva: Quantum-Mechanical Study on the Mechanism of Peptide Bond Formation in the Ribosome. J. Am. Chem. Soc. 134, 5817-5831 (2012) DOI: 10.1021/ja209558d K. Fukushima & H. Esaki: Theoretical Study of the Mechanism of Ribosomal Peptide Bond Formation Using the ONIOM Method. Chem. Pharm. Bull. 69, 734-740 (2021) DOI: 10.1248/cpb.c21-00148 C. Acosta-Silva, J. Bertran, V. Branchadell, & A. Oliva: Theoretical Study of a Proton Wire Mechanism for the Peptide Bond Formation in the Ribosome. Theor. Chem. Acc. 136, Article number: 49 (2017) DOI: 10.1007/s00214-017-2066-2 T. Oie, G. H. Loew, S. K. Burt, J. S. Binkley, R. D. MacElroy. J. Am. Chem. Soc, 104, 6169-6174 (1982) 【発明の概要】 【発明が解決しようとする課題】 【０００５】 リボソームにおけるアミデーション反応をコンピュータ上でシミュレーションするためには、アミデーション反応の反応場の周囲に存在する空隙構造にフィットする分子を配置することが必要となる。 本発明は、アミデーション反応の反応場の周囲に存在する空隙構造に、理論的な整合性をもって当てはまる分子を配置したモデルを利用して、アミデーション反応をシミュレーション可能な技術を提供することを課題とする。 【課題を解決するための手段】 【０００６】 Ｘ線構造解析において、アミデーション反応の反応場の周囲に存在する空隙構造から散逸してしまった成分は、アミデーション反応部位の近くに存在する成分である可能性が高く、分子量や移動度がかなり大きいものと推察される。ｔＲＮＡがそのような条件を満たすと仮定し、その立体構造と空隙の構造とのおおよその相補性を調査した結果、ｔＲＮＡのアンチコドンループ領域に前記空隙との相補性が認められた。散逸成分はｔＲＮＡと推定されるため、このアンチコドンループ領域を空隙に適用し、これを初期構造として構造最適化の計算を行った。その結果、この空隙をうまく埋める構造を得ることができた。 【０００７】 さらに、この構造によって、ペプチド反応で生成したペプチドの通り道である「出口トンネル」がより明確になった。さらに、アンチコドンの２番目の塩基がアミデーション反応部位の近くに配置されており、アミデーション反応に強く関与していることが示唆された。したがって、反応機構に関する詳細な情報を得ることができた。 【０００８】 本発明は、本発明者による鋭意研究努力によって見出された上記知見に基づき完成された以下のとおりのものである。 【０００９】 ［１］ リボソームによるタンパク質合成系をモデル化したタンパク質合成系モデルを用いてアミデーション反応をコンピュータでシミュレーションする方法であって、 前記タンパク質合成系モデルは、 リボソームの全部又は一部をモデル化したリボソームモデルと、 少なくともアンチコドンループ部の全部又は一部を含む、ｔＲＮＡをモデル化したｔＲＮＡモデル、及び／又は、前記アンチコドンループ部を模倣したミミックをモデル化したミミックモデルと、 アミノアシルｔＲＮＡの全部又は一部をモデル化したアミノアシルｔＲＮＡモデル、及び／又は、ペプチジルｔＲＮＡの全部又は一部をモデル化したペプチジルｔＲＮＡモデルと、 を含み、 前記リボソームモデルにおけるアミデーション反応の反応場を取り囲んで存在する空隙に、前記アンチコドンループ部及び／又は前記ミミックモデルが配置され、 前記アミノアシルｔＲＮＡモデルを含む場合には、前記アミノアシルｔＲＮＡモデルは、前記リボソームモデルにおけるＡサイトに配置され、 前記ペプチジルｔＲＮＡモデルを含む場合には、前記ペプチジルｔＲＮＡモデルは、前記リボソームモデルにおけるＰサイトに配置されて、 構築されていることを特徴とする、アミデーション反応のシミュレーション方法。 【００１０】 ［２］ 前記タンパク質合成系のモデルは、前記空隙に、タンパク質合成に影響を与えるか又はそれが予測される化合物をモデル化した助剤モデルをさらに配置して構築されている、［１］に記載のシミュレーション方法。 （【００１１】以降は省略されています） この特許をJ-PlatPatで参照する
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