文部科学省と国立大学附置研究所・センター 個別定例ランチミーティング

第34回

大阪大学 蛋白質研究所 （2023.2.10)

12:05ー12:10 (5分） ：研究所・センターの概要
岡田眞里子 所長

12:10－12:25 (15分） ：若手研究者からのプレゼン
古賀 信康 教授
「⾃然に観測されないトポロジーを持つタンパク質の⼈⼯設計」
Design of proteins with topologies unobserved innature
12:25－12:45 (20分） ：質疑応答

1

蛋白質研究所について© RIKEN

1956 (S31)1958 (S33)
2000 (H12)2004 (H16)2010 (H22)2016 (H28)2022 (R4)© PDBj

理学部に「たんぱく質研究施設」設置
全国共同利用「たんぱく質研究所」設置
日本蛋白質構造データバンク (PDBj)発足
国立大学法人大阪大学附置蛋白質研究所 全国共同利用に移行
蛋白質研究共同利用・共同研究拠点に認定
蛋白質研究共同利用・共同研究拠点の継続認定
蛋白質研究共同利用・共同研究拠点の継続認定
附属蛋白質先端データ科学研究センター設置（生命DX研究を推進）22

蛋白質研究所のミッション

基本方針• 世界の蛋白質科学を先導する拠点として，蛋白質研究の発展・進化を先導し、国内外における先端的な共同利用・共同研究を強力に推し進める．

• 蛋白質研究の先端的研究活動を基礎に，大学院教育の育成に積極的に取り組み，次世代の蛋白質科学を担う研究者などの専門人材育成を行う．
• 社会との協働・共創を通して研究の成果を社会に還元し，また蛋白質科学に関する豊かな科学的知識を広く社会に発信する．
3

蛋白質研究所の構成員 (R4. 5. 1)

海外内訳：中国 (5) 韓国 (2) ドイツ (1)
英国 (1) オランダ (1) 台湾(1)所属
理学部・医学部および理学研究科
生命機能研究科・医学系研究科
海外内訳：米国 (1) インド (2) インドネシア (1) ケニア（1）スリランカ（1） タイ（2） ドイツ（3） フィジー（1）ベトナム（1） 韓国（2）中国 (27)4ダイバーシティの推進
28.1

8.8

8.325.0

8.9

8.8

7.4
6.8

21.1
18.3

18.5

11.9

＜令和4年度＞• クロスアポイントメント制度を利用して特任助教1名• 女性教員ポストの設定を継続し助教2名• URAとして特任講師1名• 特任助教2名• 概算要求（生命科学研究拠点の整備）により独立准教授１名（外国人）＜令和4年度＞• 女性教員ポストの設定を継続し助教1名• 研究室の外部資金により特任講師１名• 概算要求（生命科学研究拠点の整備）により独立准教授１名（女性・若手）

5

蛋白質構造科学研究に立脚した生命DX研究の推進
⚫

⚫

URA

令和4年4月設置⚫

蛋
オ高ゲ分白ル次ノ子質ガ脳ム発
ネ機染生高ラ能色学次
バ学体研機
イ研機究
オ究能室能ロ室研 学ジ 究 研ー 室究研部
究室
門蛋
超電蛋機白分子白能質
子線質構
構構結造構造造晶計造解生学測生
析物研学学学究研物
研研室究学
究究 室研
室室
究部
門

⚫

⚫

蛋
感計細白
染算胞質
病生シ態物スネ
シ学テッ
ス研ムト
テ究研
ム室究ワ
研 室ー
究
ク
室
生
物
学
研
究部
門

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蛋属
施
産生高高高白学体分輝磁質 設・分解度場
国 能放 次子N
際 ク射 M世解連 ラ光 R析
携 イ結分代研
研 オ晶光構究
究 電解学造室
室 子析研
解
顕研究
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鏡室 セ研
ン
究
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ー

運 教
営 授
協 会
議会

⚫

ソー
ム
科学
（ニッピ）
寄附
研
究部
門

蛋
電 N 蛋蛋蛋蛋白子 M白白白白質
顕 R 質質質質
微測情構先統先鏡定報造端合端画・
情処デデ機デ像報理ーー能デ研研タタデー
ー究究バ科ザタ
タググン学イ科
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究ーー構究研学
グププ築室究研
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⚫

点係 係
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寄附
研
マ 究
ト
リ 部
ク 門

⚫

卒 図 広事 技
業 書 報
務 術
生 室 室部 部
担
研 会庶
当
究拠計 務室支⚫

令和４年１０月設置

専
門
委員
会

所
長

研
蛋究部
機分蛋蛋白
能子白白質 門
・創質質
発製 有化
ナ
現学 機学
ノプ研 化
科
ロ究 学研
学
テ室 研究
研
オ
究究部
ミ室室門
クス
研
究室6

日本蛋白質構造データバンクの活動
年間登録処理件数・ダウンロード件数
ダウンロード数6億3,444万件（R3)
6.3

4.7

1.3
0.8

https://pdbj.org/featured/covid-19?tab=all&lang=ja

0.7

0.7

77

日本で唯一、蛋白質構造情報に特化したデータ科学の生命科学研究拠点「蛋白質先端データ科学研究センター(ASPiRE)」
生命科学研究拠点「蛋白質先端データ科学研究センター」⚫ 蛋白質統合機能デザイン研究室• 蛋白質構造と機能との関連をデータ駆動的に検証および予測• 蛋白質部品を組み立て、新規機能分子を理論的に設計• クライオ電子顕微鏡等で構造決定し、機能との関係を検証• 設計蛋白質の機能向上

蛋白質統合機能デザイン研究室
教授
准教授

１名
１名

蛋白質先端データ科学研究室
招へい教授
特任准教授

１名
２名

蛋白質構造データバンク構築研究室• 蛋白質情報処理研究グループ

教授（兼任） ２名
准教授（兼任）２名
講師（兼任） １名
特任研究員
６名
技術専門職員 １名• 電子顕微鏡画像データ研究グループ• NMR測定・情報研究グループ

教授（兼任）7名※令和５年度に、数理モデリング・AI創薬研究室を各１研究室配置予定⚫ 蛋白質先端データ科学研究室• 最新の蛋白質構造のデータ科学研究を推進• 蛋白質データ科学のリソースであるPDBjとの連携⚫ 蛋白質構造データバンク構築研究室• 附属蛋白質次世代構造解析センター「プロテインデータバンク研究室」を移行• 国際連携による蛋白質構造データの登録・検証・公開

教授 古賀 信康

准教授 Sandhya Tiwari

生命分子設計学

計算生物学

Koga et al. Nat. Commun., 2021
Koga et al. PNAS, 2020
Koga et al. Nature 2012

Tiwai et al. JCIM,. 2021
Tiwari et al. PLoS Comp. Biol., 2016
Perica et al. Science, 2014

新規タンパク質分子合理設計のための手法開発

分子シミュレーションによるタンパク質動態解析と機能解明

タンパク質分子を計算機上でデザインし、タンパク質立体構造の形状や大きさの生化学実験によってそれらの振る舞いを異なるタンパク質ファミリーの機能的な調べる。タンパク質の構造形成および機動きを調べ、これらタンパク質の機能予能発現原理の解明と、新規タンパク質測や、細胞内での活動を制御するためを設計する手法の開発を行う。の改変指針を与える。

8

生命DX研究の推進と強化のための連携
学内部局
•••

•

工学
研
究科
（1研究室）

医学系
研
究科（2研究室）

生
命
機能研
究科（6研究室）

理学研
究科（22研究室）

学外機関

協力・連携
連携・共同研究

学部生・大学院生の受け入れ（約130名）

連携・共同研究

学内部局
••••

•

•

サイ
セ バ
ン ー
タ メー デ
ィ
ア

情報
科
学研
究科

薬学
研
究科

生
命
機能研
究科

医学系
研
究科

微生
物病
研
究所

• 次世代 生命科学の 融合研究および応用領域の開拓• 若手研究者のデータサイエンス人材循環システムを構築

ライ
フ
サイエン
ス
統合デー
タベース
セン
ター

愛媛
大学
プロテオ
サイエン
ス
セン
ター

• 大学院生に対する生命ＤＸ教育の推進
9

理化
学
研
究所
生
命機能科
学
研
究セン
ター

最近の研究成果・プレスリリース (2022/4 ｰ12）http://www.protein.osaka-u.ac.jp
No.

年月日

１4/16

概日リズムを奏でる 時計タンパク質の内部で「２つの歯車 」 が噛み合う仕組み
Elucidation of master allostery essential for circadian clock oscillation in cyanobacteria,
Furuike, Y. et al., Sci. Adv., 2022. DOI: 10.1126/sciadv.abm8990

4/27

高親和性 ACE2 製剤はオミクロン株にも有効 新たな変異株や将来のパンデミックにも効果が期待される
An engineered ACE2 decoy neutralizes the SARS-CoV-2 Omicron variant and confers
protection against infection in vivo, Ikemura, N. et al., J. Transl. Med., 2022. DOI:
10.1126/scitranslmed.abn7737

5/5

時を刻むタンパク質 の巧みなアクセル・ブレーキ操作－概日リズムを原子から細胞スケールまで伝える省エネ分子、KaiC－Regulation Mechanisms of the Dual ATPase in KaiC, Furuike, Y. et al., PNAS, 2022. DOI：
10.1073/pnas.2119627119

5/16

イネの成長と免疫のエネルギーバランスを調整する仕組みを解明－病気に強いイネの開発に期待－
Cooperative regulation of PBI1 and MAPKs controls WRKY45 transcription factor in rice
immunity, Ichimaru, K. et al., Nat. Commun., 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-30131-y

5/20

CO2資源化酵素の電子移動メカニズムを解明－生体触媒による常温常圧中性でのCO2貯留・資源化技術開発に新たな一歩－
Multiple electron transfer pathways of tungsten-containing formate dehydrogenase in direct,Yoshikawa, T., et al., Chem. Comm., 2022. DOI：10.1039/D2CC01541B

6/23

遂に解明！精子に必須のタンパク質VSPのメカニズム－電気信号は化学信号にどのように変換されるのか？－Interaction between S4 and the phosphatase domain mediates electrochemical coupling involtage sensing phosphatase（VSP), Mizutani, N. et al., PNAS, 2022. DOI:
10.1073pnas.2200364119

２3456789

タイトルなど7/15

クライオ電子顕微鏡によりATP合成酵素FoF1のスタートアップ機構を解明
Structural basis of unisite catalysis of bacterial FoF1-ATPase, Nakano, A. et al., PNAS Nexus,
2022. DOI:10.1093/pnasnexus/pgac116

7/20

コレラ菌の生存に必須である呼吸鎖酵素の構造を解明 −病原性細菌に対する新しい抗菌剤の開発研究へ貢献−
Cryo-EM structures of Na+-pumping NADH-ubiquinone oxidoreductase from Vibrio cholerae,
Kishikawa, J. et al., Nat. Commun., 2022. DOI：10.1038/s41467-022-31718-1

7/26

痛みや痒みを調節する受容体の構造を解明－神経障害性疼痛や肺がんなどの治療薬開発に
光－Structural insight into the activation mechanism of MrgD with heterotrimeric Gi-protein,Suzuki, S. et al., Commun. Biol., 2022. DOI: 10.1038/s42003-022-03668-3

年月日

タイトルなど108/8

熱中症の発症予測・メカニズム解明にも寄与タンパク質の過敏な熱応答で体温上昇が止まらない！－悪性高熱症の熱産生暴走メカニズム－
Heat-hypersensitive mutants of ryanodine receptor type 1 revealed by microscopic heating,Oyama, K. et al., PNAS, 2022. DOI:10.1073/pnas.2201286119

118/9

葉緑体形成に必須なタンパク質輸送装置の中核を担う新たな因子を発見
Tic12, a 12-kD essential component of the Translocon at the Inner envelope membrane ofChloroplasts in Arabidopsis, Zhao, X. et al., Plant Cell, 2022. DOI：10.1093/plcell/koac2408/23

細胞膜の中ではたらく特殊なタンパク質分解酵素の構造を解明－細菌感染症の新たな治療法の開発へ期待－
Mechanistic insights into intramembrane proteolysis by E. coli site-2 protease homolog RseP,
Imaizumi, Y. et al., Sci. Adv., 2022. DOI: 10.1126/sciadv.abp9011

8/23

藻類進化に新説の可能性－紅藻など非緑藻類に広く分布する新たな葉緑体タンパク質輸送因子を発見
A distinct class of GTP-binding proteins mediates chloroplast protein import in Rhodophyta,Baek, S. et al., PNAS, 2022. DOI:10.1073/pnas.2208277119

9/6

細胞の多面的な遺伝子解析ソフトウェアASURATを開発－専門家の経験に依存しない“機能アノテーション”を用いた細胞分類法－
ASURAT: Functional annotation-driven unsupervised clustering for single-cell data, Iida, K.,
Bioinformatics, 2022. DOI: 10.1093/bioinformatics/btac541

159/13

発熱、炎症などに関与するプロスタグランジン受容体EP3シグナリング複合体の可視化－緑内障、高眼圧症治療薬の合理的設計に貢献－
Structural insights into the G protein selectivity revealed by the human EP3-Gi signaling
complex, Suno, R. et al., 2022. Cell Rep., DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111323

169/20モノクローナル抗体の用途を広げる革新技術－多重超解像可視化プローブへの迅速変換法
Engineered fast-dissociating antibody fragments for multiplexed super-resolution microscopy,
Qianli Z. et al., Cell Rep. Methods, 2022. DOI: 10.1016/j.crmeth.2022.100301

10/7

悪性高熱症を単一細胞レベルで再現することに世界で初めて成功！－吸入麻酔薬や筋弛緩薬投与後の体温上昇メカニズム解明へ期待－
Mice with R2509C-RYR1 mutation exhibit dysfunctional Ca2+ dynamics in primary skeletal
myocytes, Tsuboi, Y. et al., J.Gen. Physiol., 2022. DOI: 10.1085/jgp.202213136

11/2

院内感染を起こすことで注意が喚起されているディフィシル菌の二成分毒素の複合体構造を解
明：タンパク質膜透過の最初の動的な様子を明らかに
Cryo-EM structures of the translocational binary toxin complex CDTa-bound CDTb-pore from
Clostridioides difficile, Kawamoto, K. et al., Nat. Commun., 2022. DOI: 10.1038/s41467-02233888-4

No.

１21314171810
他3件（合計 21件）

共同利用・共同研究
拠点活動
3つの柱を推進Ｘ線
SPring-8

クライオ電子顕微鏡

蛋白質研究所
セミナー

1．大型設備共同利用

生体超分子複合体構造解析ビームライン
BL44XU（放射光施設SPring-8設置、 蛋白研専用）
超高磁場NMR装置、クライオ電子顕微鏡

2．研究資料提供
蛋白質構造データベース PDBj（日本蛋白質構造データバンク）を運営、統括・整備（アジア・オセアニア地区拠点）

3．人材育成を含む共同研究
蛋白質科学の国外研究者コミュニティの構築
若手研究者の育成

超高磁場NMR
国内共同研究

拠点7事業

国際共同研究R4装置利用支援事務支援

MicroED**R５より８事業に展開

客員フェロー

共同研究拠点棟(オープンラボ）
共同研究員用
宿泊施設
理化学研究所との連携協力

産業創生客員11