Vol. 22, No. 5 (2022)

日本蛋白質科学会ニュースレター

第 22 回日本蛋白質科学会年会（つくば）若手奨励賞受賞者コラム
2022 年 6 月 28 日
本年度第 22 回日本蛋白質科学会年会（つくば）における功しました。加えて、多くの研究者に DEFMap を使っても若手奨励賞受賞者の方から原稿をいただきましたのでここにらえるよう、Google Colaboratory を含めいくつかのユーお知らせします（演題番号順）。

ザーインターフェースも併せて公開しています。
本研究は計算科学、構造生物学、情報科学の 3 つの分野が日本蛋白質科学会 役員会合わることで達成できた学際的な共同研究になります。共著者である寺山慧准教授（横浜市大）、松本篤幸特定准教授（京YSA-01 石田 祥一（横浜市立大学）

大）、荒木望嗣特定准教授（京大）、加藤貴之教授（大阪大）、

この度は第 22 回年会にて若手奨励賞を奥野恭史教授（京大）の皆様に、このような研究に携わらせ賜り、大変光栄に存じます。日本蛋白質科ていただいたことをこの場を借りて改めて感謝と御礼を申し

学会年会にははじめての参加でしたが、こ上げます。のような発表の機会を頂き貴重な体験となりました。

YSA-02 中尾 新（岡山大学）

本研究では、深層学習と MD 計算を組み合わせることで、cryo-EM を用いた単粒子解析法により得

この度は第 22 回日本蛋白質科学会年会

られる 3 次元密度マップのみからタンパク質の運動性情報をにおきまして若手奨励賞を頂き、大変光栄予測する新たな手法「Dynamics Extraction From cryo-に存じます。審査員の先生方をはじめとしEM Map（DEFMap）」を開発しました。DEFMap が予測した学会関係者の皆様には、この場をお借りた運動性情報は、MD 計算で得られた RMSF 値や HDX-MSして心より御礼申し上げます。

で実験的に計測された運動性情報とも良い相関を示しており、膜タンパク質の一種である微生物型ロかつ非常に低い計算コストで計算をすることができます。さドプシンは光を受容することによりイオらに DEFMap を用いたことで初めて得られたタンパク質–ンを輸送する性質から、光で生理機能を操作する技術（オプリガンド相互作用に関する知見や、通常では MD 計算が困難トジェネティクス）のツールとして用いられています。オプな超巨大なウイルス粒子タンパク質に関しても迅速に運動性

トジェネティクスは主に膜電位制御を介した神経活動の操作を予測し、その分子の運動性に関する知見を得ることにも成に利用されていますが、細胞全般に備わる生理機能の操作にはあまり利用されていません。本研究ではオプトジェネティ
クスを用いて、細胞全般に備わる生理機能の 1 つである細胞死の操作に取り組みました。外向きプロトンポンプ型ロドプシン（AR3）は、光照射によりプロトンを細胞内から細胞外へ輸送するため、細胞内をアルカリ化することができると考えられます。また、細胞内のアルカリ化は細胞自死（アポトーシス）に関与することが示唆されています。そこでこれらの要素を組み合わせ、AR3 を用いた細胞内のアルカリ化により、光でアポトーシスを誘導する手法を確立しました。さらに、本手法が様々な種類の培養細胞・モデル動物である線虫個体に適用可能であることを実証しました。将来的には本手1

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法をがん治療へ適用し、狙った細胞のみを刺激することがで（東京農工大学）をはじめとする養王田研究室の方々、及びきるという光の利点を活かすことで、副作用を限りなく抑え小椋 光特任教授（熊本大学）、山本 大輔教授（福岡大学）をたがん治療法を実現したいと考えています。

はじめとする共同研究者の方々にこの場を借りて厚く御礼申

本研究を行うにあたりご指導いただいた須藤教授、小島助し上げます。

教をはじめとする須藤研究室の方々に心より感謝申し上げます。

YSA-04 齋藤 徹（広島市立大学）
この度は 2022 年度の日本蛋白質科学

YSA-03 野井 健太郎（大阪大学）

会若手奨励賞をいただき、大変光栄に存じ

この度は第 22 回日本蛋白質科学会年会ます。私は金属酵素の高い反応性と反応選において若手奨励賞をいただき、大変光栄択性に魅せられ、計算化学による研究を行に存じます。3 年ぶりの現地開催で発表のっております。金属酵素の活性部位は、開機会を設けていただき、誠にありがとうご殻系と呼ばれる複雑な電子状態を持つたざいました。

め、量子化学計算に膨大な計算時間を必要

私は、分子シャペロンの一種であるとします。そこで私は、計算精度を維持しながら計算時間をHsp104 の機能に着目をし、研究を進めて短縮する方法の開発と大規模開殻系への展開を目指してきまおります。Hsp104 は ATP 依存的な構造変化を繰り返すこした。学生時代に小さな有機ビラジカル分子の研究からスタとでタンパク質の凝集体を解きほどくことができます。標的ートし、最近ようやく金属酵素の研究に着手できるようになとする凝集物の中には、神経変性疾患の発症に関与するアミりました。

ロイド線維も含まれていることから、研究が盛んに行われて本研究では金属酵素ウレアーゼによる加水分解反応に着います。しかし、Hsp104 による詳細な脱凝集機構にはまだ目しました。ウレアーゼはピロリ菌や土壌細菌が産生する金未解明な点があります。
そこで私は Hsp104 の脱凝集過程を、属酵素で、複核ニッケル活性部位が基質である尿素をアンモ生理条件下で高分解能・リアルタイム観察が可能な高速原子ニアと二酸化炭素に分解します。酵素–基質複合体の結合様式

間力顕微鏡を用いて観察を行いました。高速原子間力顕微鏡として、単座と二座のどちらが適切か長年にわたって議論さの観察から、αシヌクレインのアミロイド線維に対するれてきました。活性部位をモデル化して量子化学計算を行う

Hsp104 の脱凝集機構には、アミロイド線維を構成する 2 本アプローチ（QM-only）では両者の反応性に大きな差が見らのプロトフィラメントのうち 1 本を脱凝集するれなかったためです。今回、タンパク質環境を考慮した量子/“Dissolution” と、2 本のプロトフィラメントをほぼ同時に古典混合分子動力学（QM/MM MD）シミュレーションを実脱凝集する “Fragmentation” の 2 種類があることを明ら行することにより、二座配位の方が圧倒的に高い反応性を有かにしました。さらに、この脱凝集過程が異なる 2 種類を引することを明らかにしました。

き起こす要因として、アミロイド線維表面の微細な構造が重要であることを見出しました。
本研究を行うにあたり養王田 正文教授、篠原 恭介准教授

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YSA-05 森本 大智（京都大学）

YSA-08 竹田 弘法

この度は 2022 年度日本蛋白質科学会若（理化学研究所／現・奈良先端科学技術大学院大学）

手奨励賞をいただき大変光栄に存じます。

この度は若手奨励賞をいただき、光栄に本奨励賞を励みに、より一層研究に勤しみ存じます。

たいと思います。

今回の発表では、ミトコンドリアにおけ本研究の道のりは長く、2016 年にドイるタンパク質膜挿入装置 SAM 複合体がどツの Scheler 博士を訪れたことから始まのようにして基質タンパク質を β バレルりました。もともとタンパク質の異常凝集構造へと整形し、補助装置 Mdm10 と協働に興味を持ち、より深く理解したいと想いがありました。しして膜へリリースするのか、その詳細な分子メカニズムを紹かし、既存の方法論では、凝集の「その場」を高い分解能で介しました。

観察することは困難な状況でした。そのような状況の中、撹

SAM 複合体の構造研究は激しい競争にあります。我々よ拌しながら NMR 測定ができるレオロジーNMR 法がドイツ

りも先に SAM 複合体の立体構造を発表したのは、β バレルのドレスデンで開発されていることを知りました。この方法

膜タンパク質の構造研究における第一人者であるであれば、凝集を誘導しながら凝集する様子を原子レベルでBuchanan lab です（Diederichs et al, 2020）。また、観察できると確信しました。幸運にも、Scheler 博士は快く

Ping Yin lab から 2 種類の SAM–Tom40 複合体の構造が我々の訪問を受け入れてくれ、共同研究の末、翌年 2017 年発表されました（Wang et al, 2021）。しかし我々は、新たには、新たなレオロジーNMR 法を開発することができましな状態の SAM 複合体に加え、いくつかの膜タンパク質複合た。その後、最適な観察対象、最適な実験条件を探索するこ体の構造を決定することに成功しました。これらの研究成果とに時間を要したものの、2021 年にはレオロジーNMR 法をを来年の蛋白質科学会でご報告できればと思っております。

用いて、ALS 関連タンパク質である SOD1 が異常凝集体をこれからもミトコンドリアにおける構造生物学を深めていく形成する「その場」を、複数の状態変化とともに原子レベルべく、研究に邁進していく所存です。

で捉えることに成功しました。
本研究を遂行するに当たり、京都大学の白川昌宏教授、菅瀬謙治教授、Erik Walinda 助教、卒業生の岩川直都博士、ドイツの IPF の Ulrich Scheler 博士、ブルカージャパン株
式会社の山本昭彦様、エアープロ株式会社の保科好秀様をはじめ多くの方々にお世話になりました。心より感謝を申し上げたいと思います。

YSA-10 齊藤 恭紀（岡山大学）
この度は第 22 回日本蛋白質科学会年会にて若手奨励賞をいただき大変光栄に思います。私は生体膜を介した物質・情報のやり取りの仕組みに興味を持って研究しております。受賞対象となった本研究は、イネの根がどのようにしてケイ酸を取り込んでいるのかという問いに対して、イネのケイ3

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酸チャネルの構造基盤を提供し、その仕組みの一端を明らかに着目して、興味深い生命現象を深堀りしていきたいと思っにしたものです。ております。

イネは我々にとって身近な植物でありますが、植物界の中なお、本研究成果は岡山大学の菅倫寛研究室、馬建鋒研究ではケイ素を非常に良く “食べる” 変わった種です。イネは室、東京大学の石北央研究室との共同研究で得られたものでケイ素を根から取り込むことで頑健になるのですが、どのよあり、共著者の皆様、放射光施設のスタッフの方々にはこのうにしてケイ素を取り込んでいるのか、その詳細はよく分か場を借りて深謝申し上げます。っていませんでした。我々はイネのケイ素取り込みに欠かせないケイ酸チャネルの構造を高分解能で解析し、そのケイ酸透過機構を機能解析と MD シミュレーションを駆使して明らかにしました。特に、チャネル内の基質選択フィルターが、タンパク質だけでなく特殊な水分子によっても形作られており、それがケイ酸選択性に重要であることを明らかにできた点はとても興味深いものだと思っております。しかしながら、イネのケイ酸透過機構は奥が深く、まだまだ明らかにしなければいけないことが沢山残っています。今後も膜タンパク質

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編集責任者：

胡桃坂 仁志（東京大学）
前仲 勝実（北海道大学）

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