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論文

Key interactions in integrin ectodomain responsible for global conformational change detected by elastic network normal-mode analysis

松本 淳; 鎌田 徹治*; 高木 淳一*; 岩崎 憲治*; 由良 敬

Biophysical Journal, 95(6), p.2895 - 2908, 2008/09

 被引用回数:18 パーセンタイル:42.73(Biophysics)

インテグリンは、多細胞生物において、細胞間の接着にかかわるタンパク質グループの総称である。インテグリンのなかには、活性化の際に、大きく構造を変化させるものがあることがわかっているが、その構造変化のメカニズムに関しては、よくわかっていなかった。われわれは、折りたたまれた構造をとっているインテグリンに対し、エラスティックネットワークモデルによる基準振動解析法を適用し、インテグリンの分子振動にとって重要な部位を発見した。さらなる計算の結果、その部位が、インテグリンの大規模な構造変化にとって重要であることを発見した。この重要性は、実験によっても確認した。さらに、さまざまな種類のインテグリンを調査し、重要な部位を構成するアミノ酸がどの程度保存されているかを調べたところ、限られたグループのインテグリンにおいてのみ、よく保存されていることを発見した。これは、大規模構造変化のメカニズムが、インテグリンの種類によって違うことを示している。

論文

Development of a fast multi-parameter data acquisition system for microbeam analyses

酒井 卓郎; 浜野 毅*; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 室園 廣介*; 井上 淳一*; 松山 成男*; 岩崎 信*; 石井 慶造*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 136-138, p.390 - 394, 1998/00

 被引用回数:18 パーセンタイル:79.19(Instruments & Instrumentation)

市販のパーソナルコンピューター(PC)とADコンバーター(ADC)を用いた、多ch同時検出システムの開発を行った。このシステムは高速データ取り込みとオンラインでのデータ処理を行うため、最新のCPUと大容量のメモリ(128MBy tes)が搭載されている。このシステムを原研高崎に設置されている、軽・重イオンマイクロビーム形成装置に適用することにより、PIXEやRBSによる微細領域における2次元元素分析や、半導体素子中に重イオン照射により生成される電荷収集の分布を2次元(IBIC)で観測することが可能になった。

報告書

JRR-3改造炉の核計算; 燃料,制御棒および反射体等に関する補遺

岩崎 淳一*; 鶴田 晴通; 市川 博喜

JAERI-M 85-062, 121 Pages, 1985/05

JAERI-M-85-062.pdf:3.04MB

JRR-3は、20%濃縮U・Al$$_{x}$$-Al板状燃料を用いた、熱出力20MWの軽水減速冷却プール型炉に改造される。この炉心の核設計の内容は、既にJAERI-Mレポート等にまとめられ、報告されている。しかし、これらの報告書に記載し得なかった有用な計算結果もなお多く残っている。本報告書には、それらのうちで将来の運転管理等に役立つと考えられる下記の項目について記述した。(1)燃料(燃料要素の反応度価値、他)(2)制御棒(制御棒の反応度価値、他)(3)反射体(反射体中の照射物による中性子束分布の歪、他)(4)反応度(ペリオド-反応度換算プログラム、他)(5)中性子束(中性子スペクトル、他)

報告書

JRR-3改造炉用燃料貯蔵設備の臨界安全性

鶴田 晴通; 岩崎 淳一*; 市川 博喜

JAERI-M 85-002, 62 Pages, 1985/02

JAERI-M-85-002.pdf:1.59MB

JRR-3改造炉の20%濃縮U・Al$$_{x}$$-Al燃料要素を貯蔵する場合の、臨界安全性を評価した。すなわち、貯蔵する配列について、燃料要素数、燃料要素間隔及び減速材としての軽水の密度をパラメータとして、臨界計算を行った。また、中性子吸収材が増倍係数に及ぼす効果も調べた。結果は、JRR-3改造炉の燃料貯蔵設備が、考えられるいかなる状況下に置かれても、十分に未臨界であることを示している。これらの計算結果は、種々な条件下における増倍係数を内挿によって推定できるようにまとめられている。

報告書

JRR-3改造炉の核計算(少数群定数)

岩崎 淳一; 市川 博喜; 鶴田 晴通

JAERI-M 84-159, 147 Pages, 1984/09

JAERI-M-84-159.pdf:3.44MB

JRR-3改造計画の一環として、20%濃縮U・Alx燃料を用いた炉心の核設計を行った。本報告書は、その結果に使用した、炉心および反射体内各領域での臨界計算用少数群断面積、炉心軸方向バックリングおよび制御棒境界条件について説明している。

報告書

JRR-3改造炉の核設計

鶴田 晴通; 市川 博喜; 岩崎 淳一*

JAERI-M 84-099, 129 Pages, 1984/05

JAERI-M-84-099.pdf:3.18MB

JRR-3の性能を向上させるため、その炉心および冷却系の更新を含めた改造計画が進められている。改造炉は、熱出力20MWの軽水減速冷却プール型である。この改造作業の一環として、20%濃縮U・Alx燃料を用いた炉心の核設計を行った。その結果、反応度、中性子束および燃焼などの炉心特性は、ビーム実験、材料照射および同位元素生産などに改造炉が十分活用できることを示している。

口頭

エラスティックネットワークモデルの基準振動解析により発見されたインテグリンの活性化のための留め金領域

松本 淳; 鎌田 徹治*; 岩崎 憲治*; 高木 淳一*; 由良 敬

no journal, , 

巨大な細胞外部分を持つ膜タンパク質であるインテグリンは、多細胞生物の細胞間接着に関与している。多くの種類のあるインテグリンのうち、活性化の際、大規模な構造変化を起こすものがあるが、その構造変化のメカニズムについては、ほとんどわかっていない。インテグリンのエラスティックネットワークモデルに対して、基準振動解析を行った結果、分子の内部運動に大きな影響のある相互作用を発見した。その相互作用に関与する部位の重要性は、実験でも確認された。

口頭

Atomic model building from low resolution electron microscope images of integrin

松本 淳; 岩崎 憲治*; 高木 淳一*

no journal, , 

We have developed a computational approach to build an atomic model from an electron microscope (EM) image of proteins. In this approach, many atomic models are built first by deforming the X-ray crystal structure of the protein using a computational technique. Then, projection images of each atomic model to many different directions are generated. Finally, they are compared to the EM image. The atomic models with the projection images similar to the EM image are regarded as the candidates for the atomic structure of the protein from which the EM image was obtained. This approach was applied to the EM images of integrin. The X-ray crystal structure of integrin was solved for the closed conformation, while many EM images were obtained for the open conformation. The difference of the two conformations is so large that it is difficult to build the atomic model for the EM conformations by deforming the X-ray crystal structure using conventional computational techniques. Thus, we have used the coarse-grained model of the X-ray crystal structure to simulate the large-scale conformational change.

口頭

Superimposition of a crystal structure over EM images

岩崎 憲治*; 松本 淳; 高木 淳一*

no journal, , 

We developed a method for comparing 2-D electron microscopy (EM) images to a pool of deformed atomic structures that reduces the susceptibility of subjective interpretation and is more expeditious than 3-D analysis. Firstly, we used normal mode analysis (NMA) in the context of an elastic network model (ENM) to prepare a pool of deformed structures from coarse-grain (CG) structural models obtained using Ca atom coordinates from crystal structures. Then, small deformations were applied to the model along low frequency normal modes. Both NMA and deformation were performed iteratively to build many different deformed atomic structures. 2-D images were then compared to these structures to objectively locate their model of best fit. The fitting-search is performed as a rigid body fitting, which works effectively for very noisy raw images as well as for molecules with a large conformational change. Our most representative example of this hybrid approach of using 2-D EM images and crystal structures has been the study of the integrin cell-adhesion molecules. Our hybrid method has allowed the investigation of the conformationally flexible integrins, and is providing useful evidence of whether other members of that family also use the switch-blade model observed in integrin avb3.

口頭

A New approach to build 3D atomic model from single electron microscope image

松本 淳; 高木 淳一*; 岩崎 憲治*

no journal, , 

We have developed a new approach to build a 3D atomic model from a single electron microscope (EM) image of a biomolecule. In this approach, the initial structure (X-ray crystal structure or modeled structure) of the molecule is deformed by computational techniques and many atomic models with different conformations are generated. The deformation is performed in such a way that the internal energy of the molecule does not increase so much. For this purpose, the lowest frequency normal modes are used in the deformation. Then, each atomic model is projected to many different directions, and each projection is fitted to the EM image and the fitting-score is calculated. The atomic models with high fitting-scores are the candidates that reproduce the EM image.

口頭

二次元EMイメージへの原子構造のフィッティング

岩崎 憲治*; 高木 淳一*; 松本 淳

no journal, , 

受容体や細胞接着分子等、大きな細胞外領域を保有する膜タンパク質の構造は非常に柔軟で、中にはその機能との重要な相関を示唆する、大きなコンフォメーション変化を示すものも多い。こうした分子の構造は、電顕イメージング法では三次元構造を求めるのが非常に困難であり、得られたとしても低分解能で、生化学実験等に比して情報の乏しさは否めないものであった。そこで、二次元であれば、簡便にかつ迅速にその構造を吟味できることを提唱してきたが、その場合見た目に依存した主観的な議論にとどまることが常であった。今回、我々は、より客観的に解釈し、特定のアミノ酸配列についての吟味を可能にする方法を開発したのでここに報告する。電顕イメージに対して、そこに適切に当てはまるようにX線結晶構造解析で得られた原子座標を変化させるためには三次元であれ、二次元であれ解析イメージ自身に高い分解能が要求される。そこで松本らがこれまでに三次元用に開発した、あらかじめ様々に変化させた構造を発生させ、このうち最もよく当てはまるものを選出する方法を応用した。モデルタンパク質としてその詳細な構造と機能の相関が調べられているインテグリンavb3を用いて同方法を行ったところ、これまでの報告と一致する結果が得られた。そこで、異なるタンパク質やインテグリンにも適用し、生化学実験等で得られている結果と併せてその多様な構造が示す機能との相関を探った。

口頭

Superimposition of a crystal structure over EM images

松本 淳; 高木 淳一*; 岩崎 憲治*

no journal, , 

We developed a method for comparing 2-D images to a pool of deformed atomic structures that reduces the susceptibility of subjective interpretation and is more expeditious than 3-D analysis. Firstly, we used normal mode analysis (NMA) in the context of an elastic network model to prepare a pool of deformed structures from coarse-grain (CG) structural models. Then, small deformations were applied to the model along low frequency normal modes. Both NMA and deformation were performed iteratively to build many different deformed atomic structures. 2-D images were then compared to these structures to objectively locate their model of best fit. The fitting-search is performed as a rigid body fitting, which works effectively for very noisy raw images as well as for molecules with a large conformational change. Our most representative example of this hybrid approach of using 2-D EM images and crystal structures has been the study of the integrin cell-adhesion molecules. Our hybrid method has allowed the investigation of the conformationally flexible integrins.

口頭

低解像度電子顕微鏡画像からの原子モデル構造の構築

松本 淳; 高木 淳一*; 岩崎 憲治*

no journal, , 

We have developed a computational technique to build an atomic model from an electron microscopy (EM) image of a biological molecule. In this technique, many atomic models with different conformations of the molecule are prepared first by deforming the X-ray crystal structure or the modeled structure using a computational technique. Then, each atomic model is projected to many different directions and projection images are obtained. Finally, they are compared to the EM image. The atomic models with the projection images similar to the EM image are regarded as the candidates for the atomic structure of the molecule. This technique was applied to the EM images of integrin. Integrin is a membrane protein with a huge extracellular domain, and participates in cell-cell and cell-extracellular-matrix interactions. The X-ray crystal structure of the molecule is already solved. However, it is often very different form those seen in the EM images. By the conventional computational approach, it is difficult to reach the EM structure from the X-ray structure. Thus, we employed a coarse-grained model to simulate the large-scale conformational change.

口頭

2D hybrid analysis; A New approach to build 3D atomic model from 2D EM image

松本 淳; 高木 淳一*; 岩崎 憲治*

no journal, , 

We have been developing a new computational approach to build a 3D atomic model from an electron microscope (EM) image of a biological molecule. In the usual approach, a 3D-EM model is constructed from many EM images. Then, a 3D atomic model is built mainly by deforming the X-ray crystal structure so that it fits into the 3D-EM model better. Our approach, on the other hand, uses only a single EM image (or an averaged image) and an X-ray crystal structure (or a modeled structure), and has the advantage of being applicable even to flexible molecules, for which it is difficult to construct 3D-EM models. We will report the results about the application to integrins, transmembrane proteins that involved in cell-cell and cell-extracellular matrix adhesions.

口頭

2D hybrid analysis; A New approach to build 3D atomic model from 2D EM image

松本 淳; 高木 淳一*; 岩崎 憲治*

no journal, , 

We are developing a new computational approach to build a 3D atomic model from an electron microscope (EM) image of a biological molecule. In the usual approach, a 3D-EM model is constructed from many EM images. Then, a 3D atomic model is built mainly by deforming the X-ray crystal structure so that it fits into the 3D-EM model better. Our approach, on the other hand, uses only a single EM image (or an averaged image) and an X-ray crystal structure (or a modeled structure), and has the advantage of being applicable even to flexible molecules, for which it is difficult to construct 3D-EM models. We applied this approach to integrins, transmembrane proteins that involved in cell-cell and cell-extracellular matrix adhesions.

口頭

2Dハイブリッド法による2D電顕画像からの3D原子モデル構築

松本 淳; 高木 淳一*; 岩崎 憲治*

no journal, , 

生体分子の2次元電顕画像から原子分解能の3次元立体構造モデルを構築する計算手法の開発を行っている。通常のアプローチでは、多数の電顕画像から3次元電顕構造(3D-EM)を構築し、さらに、その構造に当てはまるようにX線結晶構造を変形することにより、原子分解能の3次元立体構造モデルを構築する。このアプローチでは、同じ立体構造を取っている多数の分子を様々な方向から撮影した電顕画像を用意する必要があるため、構造変化しやすい分子に対しては適用が難しい。そこで、我々は、射影像が電顕画像を再現するようにX線結晶構造を変形することにより、原子分解能の3次元立体構造モデルを構築する計算手法の開発を行っている。この計算手法では、1枚の電顕画像から1つの3次元立体構造を構築するため、構造変形しやすい分子に対しても適用が可能である。テスト計算の対象として、細胞接着タンパク質であるインテグリン$$alpha$$V$$beta$$3を選んだ。インテグリン$$alpha$$V$$beta$$3は、Ca$$^{2+}$$イオンを含む溶液中では折れ曲がった構造を取り、Mn$$^{2+}$$イオンを含む溶液中では伸びた構造を取ることが、電子顕微鏡による観察でわかっている。一方、X線結晶構造は、Ca$$^{2+}$$溶液中の構造に似ている。そのため、Mn$$^{2+}$$溶液中の構造を再現するには、X線結晶構造の大規模な構造変形が必要である。構造変形計算を効率的に行うため、X線結晶構造を粗視化したモデルを用いた。

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