2012 年度生物物理学会中部支部講演会
講演要旨集

2013 年 2 月 19 日

名古屋大学野依記念学術交流館

主催：日本生物物理学会中部支部
共催：名古屋大学大学院理学研究科

【発表要項】
口頭講演
発表時間 15 分（発表 12 分，質疑 3 分）
（一鈴：10 分，二鈴：12 分，三鈴：終了）
発表直前の休憩時間に試写を必ず行ってください
ポスター発表
説明義務時間：17:30-18:30 奇数番号，18:30-19:30 偶数番号
午前中にポスターを掲示してください【プログラム】
9:20-9:30 支部長あいさつ
神山勉（名古屋大学）
講演 1（9:30-10:30）
T1 9:30-9;45

高度好熱菌 Thermus thermophilus 由来微生物型ロドプシンの分光学的解析○塚本卓 1，須藤雄気 1 (1 名大・院理)

T2 9:45-10:00 細菌べん毛の本数を負に制御する FlhG 蛋白質の推定 ATPase モチーフの役
割○小野宏樹 1、小嶋誠司 1、本間道夫 1 (1 名大・院理・生命理学)
T3 10:00-10:15 ナトリウム駆動型べん毛モーター機能のための固定子-回転子間の荷電残基間相互作用の重要性○竹川宜宏、小嶋誠司、本間道夫(名大・院理・生命理学)
T4 10:15-10:30 Crystallographic study of cruxrhodopsin-3 from Haloarcula vallismortis○Siu Kit Chan1, Tomomi Kitajima1, Midori Murakami1, Kunio Ihara2
and Tsutomu Kouyama1,3 (1Department of Physics, Graduate School of
Science, Nagoya University, 2Center for Gene Research, Nagoya
University, 3RIKEN Harima Institute/SPring-8)
10:30-10:45 休憩
講演 2（10:45-12:00）
T5 10:45-11:00 時間分解 FTIR 計測による pHR のイオン輸送における水分子の挙動変化解析○藤原邦代１,2、木村哲就 1,2,3、菊川峰志 4、出村誠 4、神取秀樹 5、古谷祐詞
1,2,6 (１ 総研大、２ 分子研、３ JST CREST、4 北大・院生命科学、5 名工大・院工、6 JST PRESTO)

T6 11:00-11:15 CPD-and (6-4) Photolyase’s Distinct α-helices Rearrangement upon DNA
Binding by FTIR Spectroscopy.
○I M. Mahaputra Wijaya‡, Tatsuya Iwata,‡,|| Junpei Yamamoto,§
Kenichi Hitomi,,± Shigenori Iwai, §Elizabeth D. Getzoff, and Hideki
Kandori,‡ (‡Department of Frontier Materials, Nagoya Institute ofTechnology, and ||Center for Fostering Young and Innovative
Researchers, Nagoya Institute of Technology, §Graduate School ofEngineering Science, Osaka University, Department of Molecular
Biology and The Skaggs Institute for Chemical Biology, The Scripps
Research Institute, ±Section of Laboratory Equipment, National
Institute of Biomedical Innovation)
T7 11:15-11:30 Light-induced structural changes of oriented-immobilized sensory
rhodopsin II revealed by surfaced-enhanced IR difference spectroscopy○Hao Guo1,2, Tetsunari Kimura1, 2, Yuki Sudo3 and Yuji Furutani1, 2(1Department of Structural Molecular Science, The Graduate University
for Advanced Studies, 2Department of Life and Coordination-Complex
Molecular Science, Institute for Molecular Science, 3Graduate School of
Science, Nagoya University)
T8 11:30-11:45 海洋性細菌の光駆動ナトリウムポンプ○大野光 1、井上圭一 1,2、吉住玲 1、吉澤晋 3、伊藤洋康 1、木暮一啓 3、神取秀
樹 1 (1 名工大・院工、2JST・さきがけ、3 東大・大気海洋研)
T9 11:45-12:00 哺乳動物カリウムチャネルの赤外分光解析○塚本寿夫 1、中條浩一 2、久保義弘 2、古谷祐詞 1 (1 分子科学研究所、2 生
理学研究所)
12:00 - 12:30

昼食

12:30 - 13:00

中部支部総会（含：若手の会中部支部の発表）

講演 3（13:00-14:15）
T10 13:00-13:15 細胞周期依存的な核移行経路の構造基盤○小林純也 1、松浦能行 1 (1 名大・院理)
T11 13:15-13:30 ヒストン H3 結合における HP1のフレキシブル N 末端領域の機能的役
割○小宮源之介 1、大谷淳二 2、森本大智 1、星野可奈子 3、杤尾豪人 1、白川昌
宏 1、有吉眞理子 3 (1 京大・院工、2 京大・院生命科学、3 京大・iCeMS)

T12 13:30-13:45ＤＮＡナノテクノロジー：ＤＮＡガイドのナノ粒子結晶化○田川美穂 1,2,3、Oleg Gang2、磯貝卓巳 1、赤星祐樹 1、赤田英里 1、Piednoir
Agnes4、原田俊太 1、宇治原徹 1 (1 名大・院工、2Brookhaven National
Laboratory、3JST さきがけ、4 リヨン第一大学)
T13 13:45-14:00 Paramagnetic NMR approaches for characterization of conformational
dynamics and interactions of oligosaccharides○Zhang Ying1,2,3、山口拓実 1,2,3、山本さよこ 1,3、植草義徳 1,3、矢木真穂 1,3、
加藤晃 一 1,2,3 (1 分子研・岡崎統合バイオ、2 総研大、3 名市大院薬)T14 14:00-14:15 プロテアソームを構成するサブユニットとその集合因子 Ump1p の相互作用解析○大川慶祐 1，矢木宏和 1，植草義徳 2，矢木真穂 1,2，水島恒裕 1,3，佐藤匡
史 1，佐伯泰 4，田中啓二 4，加藤晃一 1,2 (1 名市大院薬，2 自然科学研究機構，
3 兵庫県大院理， 4 都臨床研先端研セ)
14:15-14:30 休憩
講演 4（14:30-16:00）
T15 14:30-14:45 ヘリックス構造の曲がりを含めた膜タンパク質のシミュレーションによる立体構造予測○浦野諒 1,岡本祐幸 1,2,3,4 (1 名大理,2 名大理構造生物研,3 名大工計算科学研,4
名大情報基盤センター)
T16 14:45-15:00 遺伝的アルゴリズムを取り入れたタンパク質の折り畳みシミュレーション
手法の提案○榮 慶丈 1,2，岡本 祐幸 1,3,4,5 (1 名古屋大学大学院理学研究科，2 分子科学研究所， 3 名古屋大学構造生物学研究センター，4 名古屋大学計算科学研究センター，5 名古屋大学情報基盤センター)
T17 15:00-15:15 液中 AFM から得られるフォースカーブを元にした溶媒和構造の計算○天野健一 1、大西洋 1 (1 神戸大学大学院・理学研究科)
T18 15:15-15:30 アミロイド形成過程解明のための REMD シミュレーション○西川直宏 1，Phuong Nguyen2，Philippe Derreumaux2，岡本祐幸 1,3,4,5 (1名古屋大学大学院理学研究科物質理学専攻（物理系），2Laboratoire deBiochimie Theorique, Institut de Biologie Physico-Chimique, 3 名古屋大学
大学院理学研究科構造生物学研究センター, 4 名古屋大学大学院工学研究科計算科学連携教育研究センター, 5 名古屋大学情報基盤センター)
T19 15:30-15:45 モンテカルロ法を用いたウィルス外殻構築の計算機シミュレーション○伊東真吾、岡本祐幸 (名古屋大学大学院理学研究科物質理学専攻物理（物質系）理論生物化学物理研究室)

T20 15:45-16:00 酵素基質結合部位と阻害剤の適合性を決める物理化学的要因に関する研究○高田達也 太田元規 (名大・情院)
16:00-16:15

休憩

講演 5（16:15-17:30）
T21 16:15-16:30 光を利用する蛋白質におけるプロトン移動と水素結合○石北 央 1,2、斉藤圭亮 1,2 (JST さきがけ、京都大学生命科学系キャリアパ
ス形成 ユニット)
T22 16:30-16:45 光合成光化学系 II におけるクロロフィル平面のゆがみ○斉藤圭亮 1,2、石北央 1,2 (JST さきがけ、京都大学生命科学系キャリアパ
ス形成ユニット)T23 16:45-17:00 光合成における水分解反応を ENDOR 法でとらえる○長嶋宏樹、三野広幸 (名古屋大学大学院理学研究科)
T24 17:00-17:15 PSII 内における励起移動機構の解析を目的とした自由エネルギー最小状
態の探索○藤橋裕太、木村明洋 (名大院理)T25 17:15-17:30 フラグメント分子軌道法を用いた光回復酵素における電子移動経路の解析○佐藤竜馬 1、西岡宏任 2、安藤耕司 2、倭 剛久 1 (１名大・院理、２京大・院
理)
17:30-19:30

ポスター発表（発表時間：奇数番号 17:30-18:30、偶数番号 18:30-19:30）

19:30-21:30

懇親会＋最優秀発表賞授与式【ポスター発表プログラム】（説明義務時間：17:30-18:30 奇数番号，18:30-19:30 偶数番号）
P1

ヒストン H3 結合における HP1α のフレキシブル N 末端領域の機能的役割○小宮源之介 1、大谷淳二 2、森本大智 1、星野可奈子 3、杤尾豪人 1、白川昌宏 1、
有吉眞理子 3 (1 京大・院工、2 京大・院生命科学、3 京大・iCeMS)

P2

細胞周期依存的な核移行経路の構造基盤○小林純也 1、松浦能行 1 (1 名大・院理)P3

ヒト苦味受容体 hTAS2R16 に対する全反射赤外分光を用いた苦味受容メカニズムの解析○大橋知明 1、片山耕大 1、岩城雅代 1、今井啓雄 2、神取秀樹 1 (1 名工大、2 京大・
霊長研)

P4

Gq および Gs 活性型キメラ蛋白質の開発○吉田一帆、佐々木賢吾、吉住玲、井上圭一、神取秀樹 (名工大・工)P5

光誘起赤外差分光法によるキメラチャネルロドプシンの構造変化解析○稲熊あすみ 1,2、塚本寿夫 1、木村哲就 1,3、石塚徹 3,4、八尾寬 3,4、古谷祐詞 1,2 (1 分
子研、2 JST PRESTO、3 JST CREST、4 東北大・院生命科学)

P6

アミロイド形成過程解明のための REMD シミュレーション○西川直宏 1，Phuong Nguyen2，Philippe Derreumaux2，岡本祐幸 1,3,4,5 (1 名古屋大学大学院理学研究科物質理学専攻（物理系），2Laboratoire de Biochimie
Theorique, Institut de Biologie Physico-Chimique, 3 名古屋大学大学院理学研究科
構造生物学研究センター, 4 名古屋大学大学院工学研究科計算科学連携教育研究センター, 5 名古屋大学情報基盤センター)

P7

ESR 法によって明らかになった変性状態における小さいタンパク質の構造○阿部 淳 1、新井 宗仁 2、高橋 聡 1、山内 清語 1、大庭 裕範 1 (1 東北大多元研、2 東大院)

P8

酸素発生系における表在性蛋白質の相互作用と機能発現機構：赤外分光法による解析○宇野千尋 1、鈴木博行 1、長尾遼 2、鞆達也 3,4、野口巧 1 (1 名古屋大・院理、2 日本
大・文理、3 東京理大・院理、4JST さきがけ)

P9

pH ジャンプによる H2 アミロイド線維の可逆的な構造変化○山口圭一 1、鎌足雄司 2、福岡万佑子 1、宮地礼司 3、桑田一夫 1 (1 岐大・連合創薬、
2 岐大・生命、3 岐大・工・ものづくり)

P10

色素細胞を模倣した光学デバイスの開発に向けて○新田高洋 1、宮田歩 1、宇佐見嘉康 1、青山晋 2、平塚祐一 2 (1 岐阜大・工・数理、
2 北陸先端大・マテリアル)

P11

The trial of investigation of the interaction between FliG and PomA fragments
by solution NMR○郷原瑞樹 1、吉住玲 1、小林詩織 1、宮ノ入洋平 2、 服部良和 3、児嶋長次郎 3、甲斐荘正恒 2,4、本間道夫 1 (1 名古屋大・理、2 名古屋大・構造生物学研究センター、
3 阪大・蛋白質研究所、4 首都大・戦略研究センター)

P12

光駆動ナトリウムポンプ
井上圭一 1、大野 光 1、吉住 玲 1、吉澤 晋 2、伊藤洋康 1、木暮一啓 2、○神取秀樹
1 (1 名工大・院工、2 東大・大気海洋研)

P13周期を規定する時計タンパク質 KaiC の構造変化の解析○向山 厚 1,2、秋山 修志 1,2 (1 分子科学研究所、2 総研大)P14

ハロロドプシンのハライドイオン輸送サイクルにおける構造変化○川口春樹 1、中西太市 1、久保宏樹 1、井原邦夫 2、村上緑 1、神山勉 1 (1 名古屋大
学理学研究科物質理学物理系、2 名古屋大学遺伝子実験施設)

P15

クライオ原子間力顕微鏡によるバクテリオロドプシンの結晶化過程の観察
林駿甫、○久我直登、五藤俊明、神山勉 (名古屋大学理学研究科物質理学専攻物理系)
スタフィロコッカル・ヌクレアーゼの残基ごとの安定性とフォールディング/アンフォールディングの研究○寺内駿 1, 神庭圭佑 1, 森義治 2, 榮慶丈 1,2, 中村敬 2,3, 岡本祐幸 1,4,5,桑島邦博
2,3,6,槇亙介 1 (1 名大院理, 2 分子研, 3 自然科学・統合バイオ, 4 名大・理・構造生物
学研, 5 名大・工・計算科学研, 6 総研大・物理)
変異体解析と計算機シミュレーションを用いたスタフィロコッカル・ヌクレアーゼの構造の研究○市川 達人 1、森 義治 5、榮 慶丈 1,5、岡本 祐幸 1,2,3,4、槇 亙介 1 (1 名大・院理、2 名大・理・構造生物学研究センター、3 名大・院工・計算科学センター、4
名大・情報技術センター、5 分子研)
高度好熱菌 Thermus thermophilus 由来微生物型ロドプシンの分光学的解析○塚本卓 1，須藤雄気 1 (1 名大・院理)
好塩性真正細菌 Salinibacter ruber の走性応答と情報伝達分子間の相互作用
割石学 1、○須藤雄気 1,2 (1 名大・院理、2JST・さきがけ)

P16

P17

P18
P19

高度好熱菌 Thermus thermophilus 由来微生物型ロドプシンの分光学的解析

T1○塚本卓 1，須藤雄気 1
レチナールを発色団とするタンパク質（レチナールタンパク質）は，様々な生物種に存在する。レチナールは加熱により容易に分解し，これまで低温〜中温域に生息する生物からのみ見つかってきた。ここでは，高度好熱性細菌
Thermus thermophilus JL-18 株（約 75℃に生息）由来のバクテリオロドプシン様タンパク質（Thermus BR, TBR）について報告する。
我々は，大腸菌発現用にコドンを最適化した TBR 遺伝子を用い，大腸菌における機能的発現を試みた。赤紫色をした菌体を界面活性剤 DDM により可溶化後，
C 末端に付加した His-tag によるアフィニティー精製を行い，可視吸収スペクトルを測定した。その結果，TBR は，530 nm に最大吸収波長をもつことがわかった。また，HPLC 解析から暗・明条件下でともに全トランス型のレチナールを持つことがわかった。さらに，閃光光分解法により，その光反応は，バクテリオ
ロドプシンなど他のイオン輸送型レチナールタンパク質よりも長いことがわかった。現在，高温条件における TBR の物性と光反応について解析を進めており，
他の BR 様タンパク質とも比較しながら TBR の性質について議論する。

T2

細菌べん毛の本数を負に制御する FlhG 蛋白質の推定 ATPase モチーフの役割
小野宏樹 1、小嶋誠司 1、本間道夫 1
1

名大・院理・生命理学

運動性のバクテリアの多くは運動器官であるべん毛を持ち、その形成位置や本数は菌種により様々である。細胞の極に極べん毛を 1 本持つ海洋性ビブリオ菌において、FlhF 蛋白質がべん毛本数を正に制御する一方、FlhG 蛋白質がべん
毛本数を負に制御する。FlhG は細胞分裂に関与する MinD に相同性を示し、MinDの機能には ATPase 活性が必須であることが分かっている。FlhG にも ATPase
活性に必須なモチーフが保存されていることから、この ATPase モチーフがべん毛形成に関与する可能性を検証するため、FlhG の ATPase モチーフ残基に変異を導入した。その結果、変異によりべん毛本数や軟寒天培地上における運動能に影響が現れ、FlhG の推定 ATPase モチーフがべん毛本数制御との関連があることが確認された。さらに GFP を融合した FlhG の蛍光観察により、FlhG のATPase モチーフの変異が FlhG の極局在に影響することが分かった。

ナトリウム駆動型べん毛モーター機能のための固定子-回転子間の荷電残基間

T3相互作用の重要性○竹川宜宏、小嶋誠司、本間道夫
名大・院理・生命理学
細菌のべん毛モーターは固定子と回転子からなり、固定子を介して共役イオンが流入することによって回転力が発生する。大腸菌が持つ H+駆動型モーターでは、固定子タンパク質 MotA と回転子タンパク質 FliG 間の静電的相互作用が回転力産生に重要であると考えられている。しかし海洋性ビブリオ菌が持つ Na+
駆動型モーターでは、相同な荷電残基の重要性はよく分かっていない。本研究では、Na+駆動型モーター機能における荷電残基間相互作用の重要性を検討する
ために、PomA (MotA のホモログ)と FliG のいくつかの荷電残基を、無電荷ある
いは逆電荷の残基に置換した PomA/FliG 二重変異体を作成し、その運動能を調べた。すると、いくつかの変異体において運動能の協調的な阻害や、運動能阻
害からの抑圧、GFP 融合固定子のモーターへの集合能の抑圧が観察された。本発表ではべん毛モーター固定子-回転子間相互作用における、異なる残基間の相互作用の機能分担について議論したい。

Crystallographic study of cruxrhodopsin-3 from Haloarcula vallismortis

T4

Siu Kit Chan1, Tomomi Kitajima1, Midori Murakami1, Kunio Ihara2 and Tsutomu Kouyama1,3
1
Department of Physics, Graduate School of Science, Nagoya University, 2Center for Gene
Research, Nagoya University, 3RIKEN Harima Institute/SPring-8
Cruxrhodopsin-3 (cR3), a retinylidene protein found in Haloarcula
vallismortis, functions as a light-driven proton pump.
Here, wereport the three-dimensional structure of cR3 at 2.3 Å resolution.
Crystals belonging to space group P321 (a, b = 106.2 Å, c = 60.2 Å)
were obtained by the membrane fusion method. cR3 forms atrimeric structure, in which the carotenoid bacterioruberin binds tothe crevice between neighboring subunits, as previously shown in
the trimers of archaerhodopsin-2 (aR2) and pharaonis
halorhodopsin (phR).
Structural comparison between cR3 and bacteriorhodopsin (bR)
showed that the inner parts (the proton release and uptake
pathways) conserve quit well. Yet, Ala126 in helix D of bR isreplaced by threonine (Thr124), which forms a hydrogen-bonding
network with two aromatic residues (Tyr81 and Trp193), holding
helices C, D and F together. Structural differences are also
observed in the protein surface region. Unlike bR, the C terminal ofcR3 forms a short helix, which bends towards
helix C, covering the cytoplasmic surface. On Fig. 1. cR3 (green) vs. bR (orange).
the other hand, the DE loop of cR3, which is 6 residues longer than that of bR, extends to aneighboring subunit, contributing to the stabilization of the trimeric structure. Also thecytoplasmic end of helix E is significantly bent towards helix F.

時間分解 FTIR 計測による pHR のイオン輸送における水分子の挙動変化解析

T5○藤原邦代１,2、木村哲就 1,2,3、菊川峰志 4、出村誠 4、神取秀樹 5、古谷祐詞 1,2,6
１
総研大、２ 分子研、３ JST CREST、4 北大・院生命科学、5 名工大・院工、6 JST
PRESTO
膜貫通タンパク質のファラオニス・ハロロドプシン(pHR)は、内部に発色団レチナールがプロトン化シッフ塩基を介して Lys256 に結合している。このレチナールが光励起され all-trans 型から 13-cis 型へ異性化することで、構造変化が誘起され、いくつかの中間体を経て塩化物イオンを輸送する。pHR の研究は多く行われているが、フォトサイクルにおける水分子の情報は少ない。
このイオン輸送に伴う水分子の動きに注目して、フーリエ変換赤外分光計測(FTIR 計測)を行った。塩素濃度の異なる試料を計測し、フォトサイクルにおいてイオンの放出と取込に関わる N および O 中間体で、内部の水に由来する 3605
cm-1 付近にある信号が大きくなることを示した[1]。また、塩化物イオン以外の陰イオン（Br-や SO42-）を含む試料や変異体試料を用いた計測を行った。
[1] Y. Furutani, K. Fujiwara et al. J. Phys. Chem. Lett. 3, 2964-9, 2012

T6

CPD- and (6-4) Photolyase’s Distinct α-helices Rearrangement upon DNA Binding by
FTIR Spectroscopy.
‡‡,||○I M. Mahaputra Wijaya , Tatsuya Iwata, Junpei Yamamoto,§ Kenichi Hitomi,,± Shigenori Iwai,§‡Elizabeth D. Getzoff, and Hideki Kandori,‡Department of Frontier Materials, Nagoya Institute of Technology, and ||Center for Fostering
Young and Innovative Researchers, Nagoya Institute of Technology, §Graduate School ofEngineering Science, Osaka University, Department of Molecular Biology and The Skaggs
Institute for Chemical Biology, The Scripps Research Institute, ±Section of Laboratory Equipment,
National Institute of Biomedical Innovation
CPD- and (6-4) Photolyases (PHRs) are homologous flavoproteins which specifically repair CPD
and (6-4) photoproduct, respectively. Both PHRs bind flavin adenine dinucleotide (FAD) as a
cofactor, and in addition CPD-PHR also binds MTHF as light harvesting pigment. DNA repair
process by PHRs involves electron transfer from the photoexcited FADH- (fully reduced form ofFAD) to the damaged DNA for breaking the dimers.

Here we applied Fourier transform infrared(FTIR) spectroscopy to E. coli CPD-PHR, and recorded FTIR spectra of light-induce reduction of
FAD, and photorepair stepto understand the detail of repair mechanism. We also successfullyrecorded spectra which correspond to DNA substrate binding by CPD-PHR. Though CPD- and (6-4)
PHRs appear to share similar overall protein architecture, our FTIR results suggest that theconformational changes, especially α-helices perturbations, within these two enzymes upon binding
their respective DNA substrates are quite diverse.

Light-induced structural changes of oriented-immobilized sensory rhodopsin II

T7

revealed by surfaced-enhanced IR difference spectroscopy○Hao Guo1,2, Tetsunari Kimura1, 2, Yuki Sudo3 and Yuji Furutani1, 2
1
Department of Structural Molecular Science, The Graduate University for Advanced
Studies, 2Department of Life and Coordination-Complex Molecular Science, Institutefor Molecular Science, 3Graduate School of Science, Nagoya University
Protein monolayer on a solid support with controlled orientation is exceptionallyinteresting for elucidating molecular mechanisms of receptors in cell membrane,
because the transmission of external stimuli always cross biological membranes with anasymmetric conformational change of protein. Here, we introduced a method to exploit
a membrane protein monolayer tethered on a gold film by surface-enhanced infraredabsorption spectroscopy (SEIRAS) [1, 2]. To obtain highly orientated protein
monolayer, we employed an approach that the heptahelical membrane protein binds to a
Ni-NTA modified gold surface via recombinant histidine- (His-) tags on either the C- or
the N-terminus. After embedded into a lipid layer, functional studies of the tethered
protein can be performed by the comparison of SEIRA difference spectroscopy between
the initial non-active state and the active state. Application on the study of alight-induced photo-cycle reaction of sensory rhodopsin II will be shown.
[1]. K. Ataka, F. Giess, W. Knoll, R. Naumann, S. Haber-Pohlmeier, B. Richter, and J.
Heberle, J. Am. Chem. Soc. 126, 1619 (2004).
[2] H. Guo, T. Kimura, and Y. Furutani, Chem. Phys. in press.

T8

海洋性細菌の光駆動ナトリウムポンプ○大野光 1、井上圭一 1,2、吉住玲 1、吉澤晋 3、伊藤洋康 1、木暮一啓 3、神取秀樹 1
1
名工大・院工、2JST・さきがけ、3 東大・大気海洋研
微生物型ロドプシンは光エネルギーを利用したイオン輸送や光情報変換等の機能を持つ膜タンパク質である。中でも光駆動イオンポンプは光のエネルギーを使って疎水的な細胞膜を隔てたイオンの能動輸送を実現している。最も研究が進んでいる光駆動ポンプであるバクテリオロドプシン（BR）の場合、これまでの研究によりプロトンポンプに重要なアミノ酸残基が特定されてきた。これ
らのアミノ酸は近年、海洋性細菌から続々と発見されている微生物型ロドプシ
ンでも保存されている。しかし、海洋性細菌が持つ微生物型ロドプシンにはプ
ロトンポンプに重要な残基が保存されていないものも存在する。この機能を調べた結果、今までに報告のない光駆動ナトリウムポンプを見出した。本発表では様々な分光解析、アミノ酸変異を用いた解析を紹介し、ナトリウムの能動輸
送メカニズムについて議論したい。

哺乳動物カリウムチャネルの赤外分光解析

T9○塚本寿夫 1、中條浩一 2、久保義弘 2、古谷祐詞 1
1
分子科学研究所、2 生理学研究所
イオンチャネルは、幅広い生物種において、細胞機能とりわけ神経細胞の機能発現に重要な役割を果たしている。近年、原核生物のみならず真核生物の様々なイオンチャネルについて、X 線結晶構造解析が爆発的に発展している。一方、チャネルタンパク質のイオン透過などに関わるダイナミクスについては、種々の手法を用いた解析が進められているが、その理解は比較的遅れている。
私たちは、全反射赤外分光法(ATR-FTIR)を用いてイオンチャネルの機能発現に関わる動的な構造変化を測定・解析することに現在取り組んでいる。本発表
では、哺乳動物のカリウムチャネルの大量発現・精製に取り組んだ結果に加えて、溶液中のイオン組成を変化させた際の哺乳動物カリウムチャネルの赤外吸収スペクトル変化を原核生物のカリウムチャネル KcsA の場合[1]と比較した結果を報告する。
[1] Furutani Y. et al., J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 3806−3810.

T10

細胞周期依存的な核移行経路の構造基盤○小林純也 1、松浦能行 1
1

名大・院理

すべての真核生物において、核-細胞質間の生体高分子輸送の厳密な制御は遺伝子発現、シグナル伝達、細胞増殖などの多様な生理機能に必須である。この
核-細胞質間輸送は運び屋として働く核移行受容体が核膜孔にある核膜孔複合体（NPC）を通して起こる。近年新しい核移行制御機構として核膜孔複合体の構
造変化の関与が明らかとなった。本研究では核移行受容体と核膜孔複合体構成
蛋白質（nucleoporin）の細胞周期依存的な相互作用により制御される核移行経路に注目し、その分子メカニズムの解明を目指した。これまでに新規の核移行
受容体、輸送基質との複合体、nucleoporin との複合体および輸送基質解離因子として働く RanGTP との複合体の結晶構造の解明に成功した。これらの新しい構造情報から新規の核移行シグナル配列（NLS）認識機構、RanGTP による輸送基質
解離機構、細胞周期依存的な NPC の構造変化による核移行制御機構についての構造基盤を確立した。

ヒストン H3 結合における HP1α のフレキシブル N 末端領域の機能的役割

T11○小宮源之介 1、大谷淳二 2、森本大智 1、星野可奈子 3、杤尾豪人 1、白川昌宏 1、有吉眞理子 31
京大・院工、2 京大・院生命科学、3 京大・iCeMS
ヘテロクロマチン構成因子 HP1 タンパク質は、ヒストン H3 の 9 番目のリジン (H3K9)のメチル化状態を認識し、ヘテロクロマチンの形成・維持に関与することが知られている。HP1 タンパク質は、高度に保存されたクロモドメイン (CD)を介して、メチル化された H3K9 を認識する。哺乳動物の細胞内には、HP1α・HP1β・HP1γの 3 つの HP1のアイソフォームが存在し、これらアイソフォームの機能は、翻訳後修飾等によって差別化されていると考えられる。HP1αにおいては、CD の N 端側に存在する領域 (アミノ酸残基 1~14) に存在しているセリン残基 (S11-14) がリン酸化され、メチル化
H3K9me3 との結合を促進することが報告されている。そこで、溶液 NMR 法および生化学的手法を用いて、HP1αのヒストン結合制御における N 末端領域の役割およびリン酸化の影響について構造学的な検証を行った。その結果、N 末端領域が CD のヒス
トン結合部位周辺と静電的に相互作用することによって、メチル化 H3K9 との結合を阻害していること、また、リン酸化によってその阻害機構が解除されるというモデルが示唆された。このようなリン酸化を介したアイソフォーム特異的な分子内ヒストン結合制御
における構造的な要因について議論する。

T12

ＤＮＡナノテクノロジー：ＤＮＡガイドのナノ粒子結晶化○田川美穂 1,2,3、Oleg Gang2、磯貝卓巳 1、赤星祐樹 1、赤田英里 1、Piednoir Agnes4、
原田俊太 1、宇治原徹 1
1
名大・院工、2Brookhaven National Laboratory、3JST さきがけ、4 リヨン第一大学
ナノテクノロジーにおける重要課題の一つとして、ナノ部品をボトムアップ的にアセンブリするためのプログラマブルな技術の開発がある。ナノ粒子等、ナノメートルサイズの物質では、バルク材料と異なる特異的な性質を示すものがある。それらの特異的な性質を利用するためには、それらナノ材料をメゾスコ
ピックスケールでどう組み立てるかが鍵となる。この問題を解決するための一つの方法は、構成ブロック間の相互作用に「コード可能な」なものを利用することである。プログラム可能な性質を持ち、かつ比較的安定な生体分子である
つＤＮＡは、最も有力な分子である。本研究では、金ナノ粒子等の量子ドット
や金属ナノ粒子を、ＤＮＡ分子及びＤＮＡナノ構造体を利用して二次元、三次元の秩序的な構造へとプログラマブルにアセンブルする方法を開発する。ナノ粒子間の相互作用と結合をＤＮＡで正確に制御し、他の方法では成し得ない構
造と機能を創発することが目的である。

Paramagnetic NMR approaches for characterization of conformational

T13

dynamics and interactions of oligosaccharides○Zhang Ying1,2,3、山口拓実1,2,3、山本さよこ1,3、植草義徳1,3、矢木真穂1,3、加藤晃一1,2,31
分子研・岡崎統合バイオ、2総研大、3名市大院薬Oligosaccharides play important physiological and pathological roles in biologicalsystems. For better understanding the molecular basis of the mechanisms underlying
oligosaccharide functions, it is quite desirable to describe their conformational
dynamics and interaction systems at atomic level. Hence, we have been developing an
NMR methodology for evaluating a dynamic ensemble of oligosaccharide
conformations by employing paramagnetic effects such as pseudocontact shift andrelaxation enhancement in conjunction with molecular dynamics simulation. By
applying this approach, we successfully characterized the conformational dynamics offlexible, branched ganglioside oligosaccharides. Furthermore, we applied thismethodology to probe possible intermolecular interactions involving oligosaccharides.
Our method opens a new avenue toward decoding glycocodes from the dynamic 3D
structural aspects.

プロテアソームを構成するサブユニットとその集合因子 Ump1p の相互作用解析

T14○大川慶祐 1，矢木宏和 1，植草義徳 2，矢木真穂 1,2，水島恒裕 1,3，佐藤匡史 1，
佐伯 泰 4，田中啓二 4，加藤晃一 1,21
名市大院薬，2 自然科学研究機構，3 兵庫県大院理，4 都臨床研先端研セ
プロテアソームはタンパク質の選択的分解を担う酵素複合体であり、その形成には様々な集合因子が関与することが知られている。本研究ではその集合因子の１つである Ump1p の機能解明を目指し、プロテアソーム構成サブユニットとの相互作用の構造基盤を明らかにすることを目的とした。まず Ump1p と結合するサブユニットを同定するため、無細胞発現系を用いた相互作用解析を行った。
その結果、Ump1p は複数種類のαサブユニットと結合する一方、βサブユニットのなかではβ7 とのみ結合することが明らかとなった。核磁気共鳴(NMR)法により、Ump1p は特定の二次構造をもたない天然変性タンパク質であることが判明し、分子の中央部分でβ7 と相互作用していることが明らかとなった。これらの結果をもとに、本発表では Ump1p のプロテアソームアセンブリー機構に関して考察したい。

ヘリックス構造の曲がりを含めた膜タンパク質のシミュレーションによる立体構造予測T15○浦野諒 1,岡本祐幸 1,2,3,4
1

名大理,2 名大理構造生物研,3 名大工計算科学研,4 名大情報基盤センター
私たちはコンピューターシミュレーションによる膜タンパク質の構造予測法の開発を行なってきた。膜タンパク質は、生体内の膜上に存在するタンパク質で細胞内外の情報のやり取りを行う機能を持っている。
現在の計算機の性能でも膜タンパク質を脂質分子や水分子を含めて長時間の計算をすることは困難である。そのため、私たちは、効率のよい計算手法と脂質や水分子をあらわに用いない陰溶媒モデルを用いてきた。計算手法としてはレプリカ交換モンテカルロ法を用い効率化を図っている。他方で、タンパク質の構造空間の探索における膜環境中での制限に着目した陰溶媒モデルを提案し、発展させてきた。今回これらの手法をバクテリオロドプ
シン（BR）と呼ばれる膜タンパク質に対して適用した。BR は７本の膜貫通ヘリックスとそれらをつなぐループ領域、さらに光反応に関係するレチナールという補分子を持つ。我々は、今回特に実験的に安定な構造をもつバクテリオロドプシンの膜貫通ヘリックスに着目した。計算は、レチナールを含まない距離的にランダムな配置をとる理想ヘリックス７本を初期構造として、初めてその安定状態の構造が実験構造をどのくらい再現するかを確認した。これにより、この膜タンパク質を通じて、膜タンパク質のネイティブ構造がどのような要因で決まっているかを考察した。特に計算において、膜貫通ヘリックスのヘリック
ス構造の自由度を含めたことによって、実験構造に多く観察された膜タンパク質特有のヘリックス構造のまっすぐな理想ヘリックス構造からのずれはどの要因により決まっているかを考察することができる。解析においては主成分分析を用いて、得られた構造の分類を
行った。

T16

遺伝的アルゴリズムを取り入れたタンパク質の折り畳みシミュレーション手法の提案○榮 慶丈 1,2，岡本 祐幸 1,3,4,5
1
名古屋大学大学院理学研究科，2 分子科学研究所，3 名古屋大学構造生物学研究センター，4 名古屋大学計算科学研究センター，5 名古屋大学情報基盤センター
タンパク質はその独自の立体構造を持つことによってはじめて生命活動に必要な機能を発揮する。我々はこれまで分子シミュレーションの手法を用いてアミノ酸の 1 次元配列の情報から特定の立体構造を予測する，折り畳み問題に取り組んできた。本研究では遺伝的アルゴリズムをシミュレーションに取り入れた，より効率的に構造探索をおこなうことができる手法を提案する。適用例として 3 つのタンパク質（Trp-cage，Villin headpiece，Protein A）の折り畳みシミュレーションを試み，それぞれ実験構造に似た構造を得ることができた。

液中 AFM から得られるフォースカーブを元にした溶媒和構造の計算

T17○天野健一 1、大西洋 1
1
神戸大学大学院・理学研究科
近年、液中 AFM によって試料表面と探針間のフォースカーブが得られる様になってきた。これまで、そのフォースカーブは簡単のため（やむなく）溶媒和
構造だと述べられる事もあったが、実の所それは溶媒和構造では無い。ゆえに、溶媒和構造を得るためにはそのフォースカーブを溶媒和構造に変換する計算手法が必要である。しかしながら、これまでその様な計算手法は提案されてこなかった。そこで、我々は液体の統計力学を元にフォースカーブと溶媒和構造にどの様な関係式が成り立つかを解明し[1,2]、さらにフォースカーブを元にした
溶媒和構造の計算方法を提案した[1-3]。本発表ではその概要と最新の計算結果を紹介する。
[1]K. Amano, K. Suzuki, T. Fukuma, and H. Onishi, arXiv, 1212.1888 (2012).
[2]K. Amano, K. Suzuki, T. Fukuma, and H. Onishi, arXiv, 1212.6138 (2012).
[3]K. Amano, arXiv, 1209.0303 (2012).
アミロイド形成過程解明のための REMD シミュレーション

T18○西川直宏 1，Phuong Nguyen2，Philippe Derreumaux2，岡本祐幸 1,3,4,5
1 名古屋大学大学院理学研究科物質理学専攻（物理系）， 2Laboratoire de Biochimie
Theorique, Institut de Biologie Physico-Chimique, 3 名古屋大学大学院理学研究科構造生
物学研究センター, 4 名古屋大学大学院工学研究科計算科学連携教育研究センター, 5 名古屋大学情報基盤センター
タンパク質が間違った構造に折りたたまれる事をミスフォールディングと言うが、これが原因で引き起こされる病気をフォールディング病と呼ぶ。フォールディング病の代表例
としてアミロイドーシスが挙げられる。これはタンパク質が凝集してアミロイド線維と呼ばれる線維状の構造を形成し、それが生体組織に沈着することにより起こる病気の総称である。アミロイド線維はシート構造をとっていることが知られている[1]。
我々の研究対象であるアルツハイマー病もこの病気の一種である。アルツハイマー病は、アミロイドペプチド(A)という 40～43 残基のタンパク質のミスフォールディング及び自己凝集が原因となって引き起こされると考えられている。この有力な仮説をアミロイド仮説という。我々は、この仮説をシミュレーションにより裏付ける事を目的としている。
今回我々は、OPEP というシミュレーションプログラム[2,3]を用いて、Aの 16～22 残基の部分のフラグメント(A16-22)のモノマーや、いくつかのオリゴマーについて計算を行った。オリゴマーとしては特に、五量体について着目した。OPEP はタンパク質の粗視化モデルを用いたシミュレーションパッケージである。主鎖部分は全原子で取り扱うが、側鎖部分を一つの球体として取り扱う、といった粗視化を行っている。この粗視化は、二次構造に着目している本研究においては妥当性の高いものであると考えられる。また、効率よく構造空間を探索するために、シミュレーション手法として、レプリカ交換分子動力学法を用いた[4]。
参考文献[1] F. Chiti and C. M. Dobson, Annual Review of Biochemistry 75, 333–66 (2006).
[2] J. Maupetit, P. Tuffery, and P. Derreumaux, Proteins 69, 394-408 (2007).
[3] G. Wei, W. Song, P. Derreumaux, and N. Mousseau. Frontiers in Bioscience 13,5681-5692 (2008).
[4] Y. Sugita and Y. Okamoto, Chemical Physics Letters 314, 141-151 (1999).

モンテカルロ法を用いたウィルス外殻構築の計算機シミュレーション

T19○伊東真吾、岡本祐幸
名古屋大学大学院理学研究科物質理学専攻物理（物質系） 理論生物化学物理研究室

動植物に感染症を引き起こす物質の一つとしてウィルスが存在する。ウィル
スは核酸と、それを包むタンパク質の殻で構成されており、多くのものは基本の形として、同一もしくは非常によく似たタンパク質同士が球状に集合した正20 面体構造を構築している。しかしながら構造は解析されていても、その構造の構築メカニズムは依然よくわかっていない。
本研究の目的は、ウィルス殻の構築過程および構築に際して必要となる環境
を、計算機シミュレーションを用いて予測することである。本計算においては、
ウィルス殻の正 20 面体構造が最小単位構造である正三角形 20 個からなるとして、構築過程および構築環境を、粗視化模型を用いた徐冷モンテカルロ法および、レプリカ交換モンテカルロシミュレーションにより解析した。また、ウィルス核酸が存在する場合としない場合の２通りの環境下において計算を行った。
計算の結果、ウィルス核酸が存在する環境下でのみ正 20 面体構造の構築に成功した。この結果により、ウィルス殻の構築には核酸との相互作用が非常に重要であることが示唆された。また、正 20 面体構造の構築過程において、最後の
20 個目の正三角形が残り 19 個の集合体に正しく結合するのに非常に時間がかかった。このことより、この過程が正 20 面体構造反応の律速になっていることが示唆された。その他、平均エネルギー、平均慣性半径、比熱などを温度の関数として求めることにより、構造の相転移現象を詳しく調べることができた。

T20

酵素基質結合部位と阻害剤の適合性を決める物理化学的要因に関する研究○高田達也 太田元規
名大・情院
本研究では、酵素と阻害剤の結合における相互作用の種類と物性の関係性に関する調査を行った。すなわち、基質結合部位と阻害剤の結合において重要な相互作用の違いによって、基質結合部位または阻害剤に、どのような物理化学的特徴が現れるかを見出した。
静電的な相互作用が重要なサンプルデータ（EL 型）と疎水的な相互作用が重要なサンプルデータ（HP 型）について基質結合部位および阻害剤の物性値を算出し、機械学習によって EL 型と HP 型を分ける重要な物性を調べた。
その結果、EL 型の基質結合部位は浅く広い構造をしており、阻害剤の回転可能な結合数は多いことが分かった。HP 型の結合部位は深く狭い構造をしており、阻害剤の原子数は多いことが分かった。講演では、重要な相互作用と基質結合部位と阻害剤の相関関係について更に議論する。

光を利用する蛋白質におけるプロトン移動と水素結合

T21○石北 央 1,2、斉藤圭亮 1,2
JST さきがけ、京都大学生命科学系キャリアパス形成ユニット
蛋白質中でのプロトン移動反応において水素結合は重要な役割を果たす。特に低障壁水素結合（low barrier hydrogen bond, LBHB）、single-well 水素結合と呼ばれる水素結合は、水素結合ドナー・アクセプター間におけるプロトン移
動障壁が小さい。

図. (左)通常型、(中)LBHB、(右)single-well 水素結合ポテンシャル[1] K. Saito, H. Ishikita. PNAS 109 (2012) 167[2] K. Saito, A. W. Rutherford, H. Ishikita. PNAS 110 (2013) 954[3] K. Saito, A. W. Rutherford, H. Ishikita. PNAS to be publishedT22

光合成光化学系 II におけるクロロフィル平面のゆがみ○斉藤圭亮 1,2、石北央 1,2
JST さきがけ、京都大学生命科学系キャリアパス形成ユニット
光合成で水分解を行う光化学系 II 蛋白質には，40 個近くのクロロフィル色素が埋め込まれていて，それらの色素が光エネルギーの捕獲・伝達やそのエネル
ギーを利用した電荷分離・電子移動の舞台として使われている．最新の 1.9A 解像度の結晶構造によると，面白いことに，クロロフィルは完全な平面ではなく，それぞれにいろいろな形にゆがんでいることがわかる．本研究では，その平面
ゆがみを定量的に解析した．例えば，電荷分離に関わるクロロフィル二量体
PD1/PD2 を構成する２つの色素は一見すると対称的であるが，平面ゆがみの形は大きく異なっており，その原因は近くの残基(D2-Trp191)の立体障害によることがわかった(図)[1]．
[1] K. Saito, Y. Umena et al., Biochemistry
2012, 51, 4290−4299T23

光合成における水分解反応を ENDOR 法でとらえる○長嶋宏樹 1、三野広幸 1
1
名大・院理
Mn クラスター(Mn4O5Ca)は、光合成における水の分解と酸素の発生を担う触媒である。Mn クラスターは S0-S4 の５つの異なる酸化状態を循環的にとりながら、
水からプロトンを引き抜き、酸素を発生する。最近の高分解能 X 線結晶構造解
析により、周囲の水分子を含む Mn クラスターの構造が明らかにされた。しかし、
どの水分子が基質であるのか、どのようにプロトン放出がされるのか、そのメカニズムはいまだ明らかではない。
ENDOR 法は電子と核の間の磁気的相互作用を検出する方法である。本研究ではENDOR 法によって Mn クラスター周辺のプロトンを検出し、S2 状態 Mn クラスターの水分子の結合様式を明らかにした。
今回配向した PS II を用いた測定では、高い分解能でプロトンの信号を分離することに成功した。D2O 置換により、各ピークを周囲のアミノ酸と、水分子に由来するものとに同定した。さらに結晶構造との比較により、Mn クラスターに配位する水のプロトンの同定に成功した。
Mn イオンに直接結合した水分子のプロトンは S0 状態では容易に D2O で置換された。しかし、S1 状態では H/D 置換するために、３時間以上の静置を必要とした。これは S0→S1 の遷移において Mn イオンと水分子間の結合が強くなったためである。つまり S0→S1 の遷移において Mn イオンに結合した水分子からプロトンが引き抜かれていると考えられる。

T24

PSII 内における励起移動機構の解析を目的とした自由エネルギー最小状態の探索○藤橋裕太、木村明洋
名大院理
光捕集系内の励起移動機構を特徴づけるクロロフィル(Chl)間の励起移動相
互作用の大きさ J と Chl とタンパク質間の相互作用の大きさλは拮抗する場合がある。Nazir らは Förster 極限と Redfield 極限の両方の場合の励起移動を記述できる理論(MN 理論)を構築した。彼らは自由エネルギー最小化の変分原理を要請することで適切な摂動項を決めている。我々は励起移動のダイナミクスを
MN 理論よりも定性的に良く記述するため、彼らの理論を改良した。その応用として、光化学系 II(PSII)の励起移動機構に関する温度依存性を調べた。Renger
らは PSII 内の励起移動を記述する際に、J とλの大小関係だけで各 Chl 間の励起移動機構が Redfield 機構と Förster 機構のどちらになるか決める判定法を考案した。一方、我々の理論では J とλに加えて温度やエネルギーギャップも考慮できる。77K では我々の判定法の結果は Renger らによる結果と大体一致し、300K では両判定法で PSII の励起移動機構は大きく異なることがわかった。

フラグメント分子軌道法を用いた光回復酵素における電子移動経路の解析

T25○佐藤竜馬 1、西岡宏任 2、安藤耕司 2、倭 剛久 1
１
名大・院理、２京大・院理
DNA は紫外線照射によって隣り合う塩基同士の間で二量化反応が起こり、シクロブ
タンピリミジンダイマー(CPD)や(6-4)光産物などができる。これらの損傷が修復されずにいると皮膚がんなどの原因になる。そのため生物は、損傷を修復するいくつかの機構を備えている。そのうちの一つが光回復酵素(PHR)による光修復機構である。PHR
は発色団として還元型のフラビン(FADH—)を持っている。PHR は損傷した DNA と結合し、光誘起により励起したフラビン(FADH—＊)から損傷部位に電子を渡すことにより修復する。しかし、光修復反応過程において PHR と DNA の間の電子の移動経路は、これまでに多くの研究がなされているが未だ明確な回答を得ていない。
そこで、本研究では分子動力学(MD)シミュレーションと量子化学計算を組み合わせ、DNA 修復機構を調べた。MD による蛋白質の熱揺らぎを考慮したシミュレーションの結果から、実験で明らかとなった電子の移動経路を支持する結果が得られた。さらに、
我々はフラグメント分子軌道法を用いた第一原理計算を行った。これは、短時間かつ高精度の計算を可能にする。その結果、これまで我々が主張していた電子の移動経路を支持する結果が得られた。本発表ではこれまでに得た結果を踏まえ、今回新たに得られた結果について考察および議論を行う。

ヒストン H3 結合における HP1α のフレキシブル N 末端領域の機能的役割

P1○小宮源之介 1、大谷淳二 2、森本大智 1、星野可奈子 3、杤尾豪人 1、白川昌宏 1、有吉眞理子 31
京大・院工、2 京大・院生命科学、3 京大・iCeMS
ヘテロクロマチン構成因子 HP1 タンパク質は、ヒストン H3 の 9 番目のリジン (H3K9)のメチル化状態を認識し、ヘテロクロマチンの形成・維持に関与することが知られている。HP1 タンパク質は、高度に保存されたクロモドメイン (CD)を介して、メチル化された H3K9 を認識する。哺乳動物の細胞内には、HP1α・HP1β・HP1γの 3 つの HP1のアイソフォームが存在し、これらアイソフォームの機能は、翻訳後修飾等によって差別化されていると考えられる。HP1αにおいては、CD の N 端側に存在する領域 (アミノ酸残基 1~14) に存在しているセリン残基 (S11-14) がリン酸化され、メチル化
H3K9me3 との結合を促進することが報告されている。そこで、溶液 NMR 法および生化学的手法を用いて、HP1αのヒストン結合制御における N 末端領域の役割およびリン酸化の影響について構造学的な検証を行った。その結果、N 末端領域が CD のヒス
トン結合部位周辺と静電的に相互作用することによって、メチル化 H3K9 との結合を阻害していること、また、リン酸化によってその阻害機構が解除されるというモデルが示唆された。このようなリン酸化を介したアイソフォーム特異的な分子内ヒストン結合制御
における構造的な要因について議論する。

P2

細胞周期依存的な核移行経路の構造基盤○小林純也 1、松浦能行 1
1

名大・院理

すべての真核生物において、核-細胞質間の生体高分子輸送の厳密な制御は遺伝子発現、シグナル伝達、細胞増殖などの多様な生理機能に必須である。この
核-細胞質間輸送は運び屋として働く核移行受容体が核膜孔にある核膜孔複合体（NPC）を通して起こる。近年新しい核移行制御機構として核膜孔複合体の構
造変化の関与が明らかとなった。本研究では核移行受容体と核膜孔複合体構成
蛋白質（nucleoporin）の細胞周期依存的な相互作用により制御される核移行経路に注目し、その分子メカニズムの解明を目指した。これまでに新規の核移行
受容体、輸送基質との複合体、nucleoporin との複合体および輸送基質解離因子として働く RanGTP との複合体の結晶構造の解明に成功した。これらの新しい構造情報から新規の核移行シグナル配列（NLS）認識機構、RanGTP による輸送基質
解離機構、細胞周期依存的な NPC の構造変化による核移行制御機構についての構造基盤を確立した。

P3

ヒト苦味受容体 hTAS2R16 に対する全反射赤外分光を用いた
苦味受容メカニズムの解析○大橋知明 1、片山耕大 1、岩城雅代 1、今井啓雄 2、神取秀樹 1
1 名工大、2 京大・霊長研“苦い”という感覚は、毒のような体に有害である物質を摂取した際に感じることが多く、その鋭敏さは忌避反応をするために重要である。我々が苦味を知覚するために必要な苦味受容体は、主に舌の味細胞に発現する 7 回膜貫通型の G タンパク質共役型受容体 (GPCR) であり、ヒトでは 25 種類のサブタイプがあるとされる。これらのサブタイプはそれぞれに特有の受容能を持ち、無数にある苦味物質を受容すると考えられている。これまでに、細胞応答を指標とした研究を中心に、受容体に作用する苦味物質や、想定される相互作用部位がすでに示されてきた[1], [2]。しかしながら、試料調製の困難さから、赤外分光法などを用いた原子レベルでの受容メカニズムは全く明らかにされていない。
本研究では、霊長類 (ヒト) が柳の樹皮等に含まれる苦味物質(サリシン)を受容する際に働く受容体 (hTAS2R16) に注目し、培養細胞で発現させた試料に対する、全反射赤外分光法を用いた構造解析により、苦味受容体と苦味物質との間の受容メカニズムを明らかにすることを目指している。今回は、培養細胞におけるヒト苦味受容体 hTAS2R16 の発現系の確立と、苦味物質を作用させた際のリガンド結合に伴うタンパク質の構造変化を捉えようとした試みを報告する。
[1] H. Imai et al. (2012) Biol. Lett. 8, 652-656.
[2] T. Sakurai et al. (2010) J. Biol. Chem. 285, 28373-28378.

P4

Gq および Gs 活性型キメラ蛋白質の開発○吉田一帆、佐々木賢吾、吉住玲、井上圭一、神取秀樹
名工大・工G 蛋白質共役型受容体(GPCR)は細胞表面受容体の最大のファミリーであり、ヒトゲノム中では 1,000 種類程度が同定されている。中でも研究が進んでいるのが光受容型 GPCR であるロドプシンで、視細胞内で Gt タンパク質を活性化する。
我々はこれまで微生物型ロドプシンを鋳型としたウシロドプシンとの Gt 活性型
キメラタンパク質の構築を行い、野生型ロドプシンの 1/3,500 の活性能をもつ分子の作製に成功した。そして現在光でさらに多くの種類の G 蛋白質を活性化する分子を作製することを目指し、新しいデザインのキメラの探索を行っている。
本研究では H+ポンプ型の微生物型ロドプシン GR を鋳型に、Gq 活性型のイカ
ロドプシンおよび Gs 活性型の2-アドレナリン受容体のループを組込んだキメラを作製した。そして大腸菌で発現させたところ、これらのキメラは共に発現量が大きく、また野生型 GR より長波長シフトした可視吸収を示した。発表ではこれらのキメラの更なる特性や、将来的な応用の可能性についても紹介する。

光誘起赤外差分光法によるキメラチャネルロドプシンの構造変化解析

P5○稲熊あすみ 1,2、塚本寿夫 1、木村哲就 1,3、石塚徹 3,4、八尾寬 3,4、古谷祐詞 1,2
1
分子研、2 JST PRESTO、3 JST CREST、4 東北大・院生命科学
チャネルロドプシン（ChR1 及び ChR2）は、緑藻類の Chlamydomonas reinhardtiiに由来する、発色団に all-trans レチナールを持つ、７回膜貫通型タンパク質である。光開閉陽イオンチャネルとしてはたらき、可視光による神経回路の非侵襲的な制御ツールとして注目されている。電気生理において優れた特性を示すキメラタンパク質として、ChR Wide Receiver (ChRWR)や ChR Fast Receiver(ChRFR)が報告されている。しかし、これらのチャネルロドプシンの特性をうみ出す分子機構は明らかにされていない。そこで本研究では、全反射フーリエ赤外分光法(ATR-FTIR)を用いて、ChRWR と ChRFR について基底状態と光定常状態における構造変化の比較解析を行った。その結果、ChRWR と ChRFR のタンパク質の構造変化に違いがあることを明らかにした。
アミロイド形成過程解明のための REMD シミュレーション

P6○西川直宏 1，Phuong Nguyen2，Philippe Derreumaux2，岡本祐幸 1,3,4,5
1 名古屋大学大学院理学研究科物質理学専攻（物理系）， 2Laboratoire de Biochimie
Theorique, Institut de Biologie Physico-Chimique, 3 名古屋大学大学院理学研究科構造生
物学研究センター, 4 名古屋大学大学院工学研究科計算科学連携教育研究センター, 5 名古屋大学情報基盤センター
タンパク質が間違った構造に折りたたまれる事をミスフォールディングと言うが、これが原因で引き起こされる病気をフォールディング病と呼ぶ。フォールディング病の代表例
としてアミロイドーシスが挙げられる。これはタンパク質が凝集してアミロイド線維と呼ばれる線維状の構造を形成し、それが生体組織に沈着することにより起こる病気の総称である。アミロイド線維はシート構造をとっていることが知られている[1]。
我々の研究対象であるアルツハイマー病もこの病気の一種である。アルツハイマー病は、アミロイドペプチド(A)という 40～43 残基のタンパク質のミスフォールディング及び自己凝集が原因となって引き起こされると考えられている。この有力な仮説をアミロイド仮説という。我々は、この仮説をシミュレーションにより裏付ける事を目的としている。
今回我々は、OPEP というシミュレーションプログラム[2,3]を用いて、Aの 16～22 残基の部分のフラグメント(A16-22)のモノマーや、いくつかのオリゴマーについて計算を行った。オリゴマーとしては特に、五量体について着目した。OPEP はタンパク質の粗視化モデルを用いたシミュレーションパッケージである。主鎖部分は全原子で取り扱うが、側鎖部分を一つの球体として取り扱う、といった粗視化を行っている。この粗視化は、二次構造に着目している本研究においては妥当性の高いものであると考えられる。また、効率よく構造空間を探索するために、シミュレーション手法として、レプリカ交換分子動力学法を用いた[4]。
参考文献[1] F. Chiti and C. M. Dobson, Annual Review of Biochemistry 75, 333–66 (2006).
[2] J. Maupetit, P. Tuffery, and P. Derreumaux, Proteins 69, 394-408 (2007).
[3] G. Wei, W. Song, P. Derreumaux, and N. Mousseau. Frontiers in Bioscience 13,5681-5692 (2008).
[4] Y. Sugita and Y. Okamoto, Chemical Physics Letters 314, 141-151 (1999).

ESR 法によって明らかになった変性状態における小さいタンパク質の構造P7○阿部 淳 1、新井 宗仁 2、高橋
1 東北大多元研、2 東大院

聡 1、山内清語 1、大庭裕範 1

タンパク質の変性状態の構造は以前までランダムコイルだと考えられていたが、近年、残余構造の存在を示唆する報告が多くなされており、変性状態の構造を明らかにすることは重要であると考えられる。本研究では、アミノ酸残基数 60 のプロテイン A の B ドメイン部位にスピンラベルを行い、ESR（cw とパルス ESR）法を用いて構造解析を行った。天然状態ではラベル間の距離分布がスピンラベル側鎖の自由度で説明できる分布を示したのに対し，変性状態ではその自由度だけでは説明のできない幅広い分布を含んだ結果であった。この実測とランダムコイルと仮定して計算された信号とを比較すると、よく説明できることが示された。

P8

酸素発生系における表在性蛋白質の相互作用と機能発現機構：赤外分光法による解析○宇野千尋 1、鈴木博行 1、長尾遼 2、鞆達也 3,4、野口巧 1
1
名古屋大・院理、2 日本大・文理、3 東京理大・院理、4JST さきがけ
光化学系 II（PSII）の酸素発生系（OEC）周辺には表在性蛋白質が結合し、酸素発生反応を制御している。光合成生物の進化の過程において、PSII のコア部
分は基本的に保存されているが、表在性蛋白質の種類や結合様式は大きく変化した。今回、高等植物と紅藻 Cyanidium caldarium の PSII について、フーリエ変換赤外（FTIR）分光法を用いて表在性蛋白質の機能発現機構を調べ、進化の過程を解明した。表在性蛋白質を除去した PSII に表在性蛋白質を再結合させ、S1→S2 遷移の際の FTIR 差スペクトルを測定した。その結果から、高等植物の表
在性タンパク質では PsbP が、紅藻では PsbV と PsbU の両者の結合が OEC の構造変化を引き起こすことが示された。このことは、PsbV と PsbU の機能が、進化の過程で高等植物の PsbP へと引き継がれたことを示唆している。

pH ジャンプによる H2 アミロイド線維の可逆的な構造変化

P9○山口圭一 1、鎌足雄司 2、福岡万佑子 1、宮地礼司 3、桑田一夫 11
岐大・連合創薬、2 岐大・生命、3 岐大・工・ものづくり
アミロイド線維の pH 依存的構造変換について調べるために、マウスプリオン
蛋白質の H2 ペプチドを用いて、アミロイド線維の pH ジャンプ実験を行った。
その結果、pH 2.9 で作製した線維（pH 2.9 fibrils）を pH 7.5 にジャンプさせると、分子間のシートとターン構造が大きく変化することが分かった(pH
7.5-like fibrils)。しかし、pH 7.5-like fibrils は pH 7.5 で作製した線維（pH7.5 fibrils）とは構造が異なっており、アミロイド線維には分子間の水素結合による履歴が存在すると考えられる。
次に、pH を再び 7.5→2.9 に戻すと、H2 線維は再び pH 2.9 fibrils に戻った。
このように H2 線維は履歴によって、ほぼ可逆的に構造変換すると考えられる。
また、ANS 蛍光を用いてこれらのキネティクスを調べたところ、両者とも数秒以内に反応が終わることが分かった。本発表ではアミロイド線維の構造変化のメ
カニズムについて議論したい

P10

色素細胞を模倣した光学デバイスの開発に向けて○新田高洋 1、宮田歩 1、宇佐見嘉康 1、青山晋 2、平塚祐一 2
1
岐阜大・工・数理、2 北陸先端大・マテリアル
近年、モータータンパク質を工学的に利用する研究が盛んに行われている．
本研究では、魚類の体色変化に着想を得た光学デバイスの開発を試みた．ある
種の魚類の体色変化は、色素細胞中の色素顆粒の分散と集合によって起こる．
すなわち色素顆粒が分散しているときは体色が暗く、集合している場合は体色が明るく見える．この色素顆粒の分散と集合は、キネシンやダイニンなどにより駆動されている．この体色変化機構に着想を得て、微小管とキネシンの自己組織化を利用して画素の明暗を変化させる光学デバイスの開発を試みた．この動作原理の検証を、コンピュータシミュレーションを用いて行った．またデバイスの実現に向けた実験を行った．この実験では、色素顆粒の代わりにキネシ
ン・ストレプトアビジン複合体を用いて、微小管とともに画素となる微小容器
内に封入したところ、微小管とキネシン・ストレプトアビジン複合体の自己組織化が起こり、キネシンが自己組織化構造の中央部分に集合した．

The trial of investigation of the interaction between FliG and PomA fragments by

P11

solution NMR○ 郷原瑞樹 1、吉住玲 1、小林詩織 1、宮ノ入洋平 2、 服部良和 3、児嶋長次郎 3、
甲斐荘正恒 2,4、本間道夫 1 (1 名古屋大・理、2 名古屋大・構造生物学研究セン
ター、3 阪大・蛋白質研究所、4 首都大・戦略研究センター )In the bacterial flagellar motor, torque is generated by the interactions between rotor, acomponent FliG, especially at its C-terminal domain, and stator, a component PomA. In
the H+-driven motor of Escherichia coli, the interaction is mediated with charged
residues between the FliG C-terminal domain and the MotA cytoplasmic loop region.
However, in the Na+-driven motor of Vibrio, the effects of mutations in the charged
residues on motility were very weak. So the important residues for torque generation in
Na+-driven motor may be different from the H+-driven motor. We want to observe theinteraction between FliG and PomA (MotA ortholog) in the Na+-driven motor anddecided to use the solution NMR. Now, we’d like to present the results of themeasurement of the 3D-NMR(1H-13C-15N) and the on going assignments of the signals
to amino acids. Furthermore, we purified the PomA fragments and currently we aretrying to measure NMR spectra of FliGC in the presence and absence of the purified
proteins to determine the interaction amino acids.

P12

光駆動ナトリウムポンプ
井上圭一 1、大野 光 1、吉住 玲 1、吉澤 晋 2、伊藤洋康 1、木暮一啓 2、○神取秀
樹1
1
名工大・院工、2 東大・大気海洋研
光を吸収するとバクテリオロドプシンは外向きにプロトンをポンプする。ハロロドプシンは内向きに Cl-や一価の陰イオンをポンプする。ではなぜプロトン
以外の陽イオンポンプが存在しないのだろうか？ この疑問に対して講演者は、光を吸収するレチナールシッフ塩基が正電荷を持っており、ナトリウムイオンなどの正電荷は発色団近傍に存在できないからである、とこれまで説明してきた。これは万人の納得する理にかなった説明であった。
ところが光駆動のナトリウムポンプは実在していた。興味深いことに、海洋性細菌に含まれるこの新規ロドプシンは、ナトリウムイオンやリチウムイオン
を外向きにポンプする一方、カリウムイオン中ではプロトンポンプになるという「ハイブリッドポンプ」であることがわかった。自然は深い。海は広い。万人の納得する理にかなった説明に一見、反するかのような自然の摂理について議論したい。

周期を規定する時計タンパク質 KaiC の構造変化の解析

P13○向山 厚 1,2、秋山 修志 1,2
1
分子科学研究所、2 総研大シアノバクテリア概日時計は KaiA、KaiB、KaiC の 3 つの時計タンパク質から構成されている。概日時計の中核を担う KaiC は、KaiA、KaiB 存在下において、自身の ATPase 活性と、リン酸化・脱リン酸化活性を約 24 時間周期でリズミカルに変動させる。KaiC は相同性の高い 2 個のドメインからなるプロトマーが 6 量体を形成し、2 個のドーナツが積み重なったような構造をしている。最近の研究
から、KaiC が N 末端側のリングにおける ATPase 活性の制御状態と連動して、C末端側のリングを膨張・伸縮させることで約 24 時間周期のリズムを刻むことが示された (Murayama et al., EMBO J. 30, 67-78 (2011)) 。
本発表では、蛍光分光法を用いた KaiC の構造変化計測に関する最新の研究結果について報告する。

P14

ハロロドプシンのハライドイオン輸送サイクルにおける構造変化
川口春樹 1、中西太市 1、久保宏樹 1、井原邦夫 2、村上緑 1、神山勉 1
1
名古屋大学理学研究科物質理学物理系、2 名古屋大学遺伝子実験施設
高度好塩菌 Natronomonas pharaonis のハロロドプシン(pHR)は細胞膜中に存在する光駆動塩素イオンポンプである。タンパク内の発色団レチナールの all-trans→13-cis 光異性化で反応サイクル(HR→K→L→N→O1→O2→HR’→HR)が引き起こされ、その間に塩素イオンが細胞外から細胞質内へ能動輸送される。当研究室でこれまでにハロロドプシン（ｐHR）を大量発現する好アルカリ性好塩菌 N. pharaonis の KM-1 株を作製し、この菌体から抽出した膜画分を出発材料にしてｐHR の良質な 3次元結晶を得た。2.0Å分解能の構造解析により、バクテリ
オルベリンがｐHR 三量体形成に重要な役割をしていること、陰イオン非結合状態への転移に伴いへリックス C の細胞外側の半分が大きく変形することを示した。さらに、アザイド結合状態での光誘起構造変化を調べ、長寿命のアル
カリ型 M 中間体の形成に伴い F へリックスが大きく変形
し、レチナール結合部から細胞質側表面まで水チャネルが形成されることを明らかにした。
本研究では、臭素イオンが結合したｐHR の結晶 図１．臭素イオンの結合した pHR を光を 240K で光照射した時に生じる構造変化を調べ 照射したときに観測された構造変化。
た。構造解析の結果、非対称単位に含まれる 3 個のサブユニットでは異なる反応状態が蓄積することが示された（図１)。EF ループの動きが制約されないサブユニットで蓄積する状態では、１）レチナールが 13-シス/15-anti
構造をとり、２）F へリックスの細胞外側が外向きに変形し、３）C へリックスの中間部分が内向きに変形し、４）シッフ塩基の細胞質側近傍に臭素イオンが低占有率ながら結合していた。隣りのサブユニットで蓄積する反応状態では、レチナールが all-trans 構
造をとり、そのタンパク質構造は陰イオン非結合状態とほぼ同じであった。

P15

クライオ原子間力顕微鏡によるバクテリオロドプシンの結晶化過程の観察
林駿甫、○久我直登、五藤俊明、神山勉
名古屋大学理学研究科物質理学専攻物理系
当研究室では、細胞内小器官などの膜構造を観察する目的で、フリーズ・フラクチャー法を導入したクライオ AFM の開発を行ってきた。このクライオ AFM では、試料温度-100℃以下の低温で生体試料を観察するので、探針による試料の変形を抑えることができる。また、フリーズ・フラクチャー法と併用することにより、

図１．ポリリジンでコート した雲母上 に吸着し たバクテリ オロ
ドプシン球殻構造体

細胞膜に存在する膜蛋白質の表面構造や分布を生体内の状態のまま観察できる。
本研究では、このクライオ AFM における構造解析の精度をより高めるためにいくつかの改良を行った。①カンチレバーの温度ドリフトを抑えるために両面金コートのカンチレバーを使用し、カンチレバー探針の先鋭化のための技術開発を行った。②低温エタ 図２．バクテリオロド
ノール中観察用の液浸チャンバーを改良した。これらの改良を加 プシ ン球殻構造 体がえたクライオ AFM を用いて、膜融合法によるバクテリオロドプ 融合 してできた 平面
膜の構造
シン（bR）の結晶化過程を解析した。bR の結晶化途上で現れる膜の凝集相の凍結割断面を観察したところ、50nm 径の膜小胞が並んでいる様子を確認した。また、結晶化過程の初期段階の形態変化を調べるために、雲母上で bR の結晶化を行い、球殻構造から平面膜構造への変換過程を観察した。球殻構造から変換された平面膜構造において、ｂR 三量体が蜂の巣格子上に配置されている構造を確認できた。このように膜蛋白質の凝集状態の形態変化を見ることができたこれらの結果は、クライオ
AFM は生体内に限りなく近い状態で高分解能の構造解析が可能であることを示している。

P16

スタフィロコッカル・ヌクレアーゼの残基ごとの安定性とフォールディング/ア
ンフォールディングの研究○寺内駿 1, 神庭圭佑 1, 森義治 2, 榮慶丈 1,2, 中村敬 2,3, 岡本祐幸 1,4,5,桑島邦博
2,3,6, 槇亙介 1
1
名大院理, 2 分子研, 3 自然科学・統合バイオ, 4 名大・理・構造生物学研, 5 名大・工・計算科学研, 6 総研大・物理



P17

P18

変異体解析と計算機シミュレーションを用いたスタフィロコッカル・ヌクレアーゼの構造の研究○市川 達人 1、森 義治 5、榮 慶丈 1,5、岡本 祐幸 1,2,3,4、槇 亙介 1
1
名大・院理、2 名大・理・構造生物学研究センター、3 名大・院工・計算科学センター、4
名大・情報技術センター、5 分子研
本研究では、分子動力学(MD)シミュレーションを用いることによって、ドナーおよびア
クセプターの配向を計算によって評価し、ドナー・アクセプター間距離をより正確に求めることを目的とする。モデル蛋白質として、スタフィロコッカル・ヌクレアーゼ(SNase)(149残基)を用いる。SNase の唯一のトリプトファン(Trp140)をドナーとし、蛋白質工学的に導入した唯一のシステイン(Cys)を 5-チオ-2-ニトロ安息香酸(TNB)によって化学修飾したもの(Cys-TNB)をアクセプターとした。ドナー・アクセプターの組は、W140/C19-TNB、
W140/C22-TNB、W140/C35-TNB、W140/C64-TNB である。Cys は、-ストランド I の C末端付近(Asp19→Cys)、-ストランド II の N 末端付近(Thr22→Cys)、-ストランド III のC 末端付近(Arg35→Cys)、および-ヘリックス H1 の中央付近(Lys64→Cys)である。これ
ら四種の変異体について、300 K と 380 K における MD シミュレーションを 20 ns 行った。
さらに TNB 未修飾および修飾変異体を調整し、その蛍光及び吸収を 300 K および 370 Kにおいて測定した。これらの MD シミュレーションおよび実験により、天然条件下および変性条件下でのエネルギー移動効率とドナー・アクセプター間の位置関係を調べた。得られた結果から、天然条件下ではシミュレーション系で、実験系でみられた配向の制限を再現することができた。変性条件下においては SNase には-バレルドメインを中心に残存構造が存在することが示唆された。しかし、配向は制限がないとみなせることがわかった。

高度好熱菌 Thermus thermophilus 由来微生物型ロドプシンの分光学的解析○塚本卓 1，須藤雄気 1
1
名大・院理
レチナールを発色団とするタンパク質（レチナールタンパク質）は，様々な生物種に存在する。レチナールは加熱により容易に分解し，これまで低温〜中温域に生息する生物からのみ見つかってきた。ここでは，高度好熱性細菌
Thermus thermophilus JL-18 株（約 75℃に生息）由来のバクテリオロドプシン様タンパク質（Thermus BR, TBR）について報告する。
我々は，大腸菌発現用にコドンを最適化した TBR 遺伝子を用い，大腸菌における機能的発現を試みた。赤紫色をした菌体を界面活性剤 DDM により可溶化後，
C 末端に付加した His-tag によるアフィニティー精製を行い，可視吸収スペクトルを測定した。その結果，TBR は，530 nm に最大吸収波長をもつことがわかった。また，HPLC 解析から暗・明条件下でともに全トランス型のレチナールを持つことがわかった。さらに，閃光光分解法により，その光反応は，バクテリオ
ロドプシンなど他のイオン輸送型レチナールタンパク質よりも長いことがわかった。現在，高温条件における TBR の物性と光反応について解析を進めており，
他の BR 様タンパク質とも比較しながら TBR の性質について議論する。

好塩性真正細菌 Salinibacter ruber の走性応答と情報伝達分子間の相互作用P19

割石学 1、○須藤雄気 1,2
1
名大・院理、2JST・さきがけ
生物は、外的環境やその変化を素早く感知し行動する。そのため様々なセンサ
ータンパク質分子を発達させてきた。光は最も重要な刺激の一つで、我々動物の視覚や古細菌の走光性などの光情報伝達が知られている。我々は、真正細菌から初めて見出された光センサー型ロドプシン（SRI）に着目し、タンパク質レ
ベルでの構造・構造変化について報告してきた[1-6]。ここでは in vivo での走性応答と、in vitro での推定情報伝達分子間の相互作用解析について報告する[7]。
[1] Kitajima-Ihara et al., (2008) J. Biol. Chem., [2] Suzuki et al., (2008) Biochemistry,(2009) J. Miol. Biol. [3] Irieda et al., (2011) Biochemistry, [4] Inoue et al., (2011) J. Phys.
Chem. B, [5] Reissig et al., (2012) Biochemistry, [6] Sudo et al., (2009) Biochemistry,(2011) J. Biol. Chem., [7] Wariishi et al., to be submitted.