タンパク質「ダイナミン」が細胞膜をしぼって切り離す動作原理をシミュレーションで解明

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2025-12-10 分子科学研究所

分子科学研究所・岡崎圭一准教授らは、細胞内で小胞形成に働くタンパク質「ダイナミン」が、GTP加水分解の過程でどのように膜をしぼり切断するのかを、粗視化分子動力学シミュレーションにより解明した。従来はダイナミンがリング状に膜を強く締め付けて狭窄を起こすと考えられていたが、今回の解析から、GTP→GDPへの変化後にリングが“ゆるむ”構造変化を起こすことで、被覆されていない膜領域に間接的な狭窄力を与えるという新たなメカニズムが明らかとなった。これにより、膜変形とタンパク質ダイナミクスの連動原理がこれまでより精密に説明できるようになり、細胞内輸送過程・ウイルス侵入機構の理解に寄与する。また、この知見は膜リモデリングを利用した人工ナノデバイス設計や膜異常に関わる疾患研究への応用可能性を示し、生命現象解析と工学応用の双方に重要な基盤を与える成果となった。

タンパク質「ダイナミン」が細胞膜をしぼって切り離す動作原理をシミュレーションで解明
図1.エンドサイトーシス過程におけるダイナミンによる細胞膜切断

<関連情報>

粗視化分子動力学シミュレーションによるGTP駆動型構造変化を介したダイナミンによる膜収縮 Membrane Constriction by Dynamin through GTP-Driven Conformational Changes from Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulations

Md. Iqbal Mahmood,Shintaroh Kubo,Hiroshi Noguchi,and Kei-ichi Okazaki
The Journal of Physical Chemistry Letters  Published: November 20, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5c02867

Abstract

Dynamin, a GTPase involved in membrane remodeling processes, plays a pivotal role in membrane fission during endocytosis. Understanding the molecular mechanisms of dynamin assembly and its conformational change triggered by GTP hydrolysis on lipid membranes is crucial for elucidating the intricate details of membrane constriction and fission events. However, the size and complexity of the dynamin assembly prevent us from obtaining comprehensive molecular mechanisms. In this study, we performed coarse-grained molecular dynamics (CG-MD) simulations to elucidate the chemo-mechanical coupling mechanism of dynamin membrane constriction. We set up a CG Martini simulation system that contains dynamin rings on a tubular membrane with realistic molecular structures. Controlling the length of the tubular membrane with a pressure coupling, we simulate membrane constriction through the nucleotide-state-dependent conformational change of dynamin. The simulation results suggest that the conformational change to the GDP state loosens and expands the dynamin rings, resulting in indirect membrane constriction in the protein-uncoated region. This study lays the groundwork for simulating the chemo-mechanical coupling of dynamin-mediated membrane constriction.

生物化学工学
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