シリーズ「わが国の蛋白質科学研究発展の歴史」第21回

タンパク質研究の展開と延長
吉 田 賢 右 （よしだ まさすけ）

研究の展開期と延長期

それを除けば、進化の研究は延長期にあったと思

自分の研究の経過を振り返ってみると、核心をう。そこで、進化はあきらめて、タンパク質の研究つく画期的な発見があり理解が急速に進む「展開に進んだ。ちなみに、現在では、進化の研究は展開期」と、発見について詳細な調べを進める「延長期」期にある。遺伝子の塩基配列の比較分析が進化のがあったように思う。延長期には、何をやればいい研究の強力な武器となっており、特に、最近数十万のか何ができるのかわかっているし結果も必ず出年の進化であれば化石のゲノムを直接に決定してるので、論文がコンスタントに出る。しかし、展開進化の軌跡をたどる道が開けている。そして、たと期とくらべると、延長的な細かいことをやってるえば、１００年以上にわたって論争されてきたネな、と周りは思うようになるし、研究費の調達もだ

アンデルタール人と現生のヒトとの関係に結論んだん難しくなる。自分でも次の新たな展開の手（アフリカを出たヒト、つまりアジア・ヨーロッパがかりが見つからないか、と焦りを感じたりする。

人と交雑した）がでている。私がこれから大学院をずっと展開を続けることができればいいのだが、選択するなら、きっとそちらに進むだろうが（だが、たいていはそうもいかない。それは自分の能力や今の日本に化石ゲノムを決定し進化を解析できる

研究対象の性質だけでなく、学問の発展段階ある研究室があるだろうか）、半世紀前はタンパク質がいは「時代」がかかわる。バイオ研究にはいろいろ展開期だったのである。無細胞タンパク質合成系な分野があるが、分野によって展開の時代の訪れが早い時期に開発されこれによってコドンの解明、が違う。延長期にある分野では、地道な知識の集積

mRNA、tRNA、リボソーム、などタンパク質合成をすることになる。多くの場合、延長期がなければの基本がわかりつつあった。またイオン交換樹脂次の展開期もない。したがって、延長期の研究に参などのカラムクロマトグラフィーでタンパク質を入するのも意味があるだろう。しかし、できれば展精製する技術がほぼ確立し、タンパク質の多種多開期の分野で新発見にわくわくしながら研究して様な、驚くほど巧妙な機能が見つかりつつあり、若みたい。さらには展開期を自分で切り開いてみた

い私たちはタンパク質に魅了されていた。研究者

い。

は自分で好きなタンパク質を見つけてきて研究テーマを選ぶことができた。おもしろいタンパク質

タンパク質の研究の数は研究者の数をはるかに上回っていたのであ

私は、生物の起源や進化に興味があった。しかし、る。

半世紀前、私が研究分野を選択するころは、進化を分子的に深く研究することはほとんど不可能だっ酵母 rRNAた（L. Pauling の分子進化の考えはあったが、実際1966 年、私は大学院に入って今堀和友研究室ににできることはグロビンやシトクロームｃのアミ進んだ。今堀先生から与えられた修士のテーマは、ノ酸配列を比べることくらい）。生物集団の進化にリボソーム RNA 自体がリボソームタンパク質のおける(有利でも不利でもない)中立の変異の重要

mRNA ではないか、という仮説を酵母で検討するこ性の認識（木村資生、中立進化説）はこのころの進とだった。魅力的な仮説だったが、（事実は違って化学における一つの重要な展開だったと思うが、いたので）うまくいかなくて、このテーマは１年で156

シリーズ「わが国の蛋白質科学研究発展の歴史」第21回あきらめた。そして、ちょうどそのころ、相補鎖好熱菌の解糖系酵素

RNA-DNA の結合を検出する方法が開発された（S.

博士課程では、好熱菌の解糖系の制御の鍵とな

Spiegelman, 1965 年、ちなみに今の核酸技術の根る酵素（ホスホフルクトキナーゼ）の研究をおこな幹をなす相補鎖検出の端緒を開いたSpiegelman がうことにした。1962 年、フランスの J. Monod たちノーベル賞に縁がなかったのは不思議である）のが、アロステリック酵素という概念を提案した。酵でそれを使って、酵母の rRNA 遺伝子が染色体に何素自体に組み込まれている巧妙な仕掛けによって、コピーあるか、調べることにした。すでに大腸菌そ反応物でも生産物でもない第３の化合物によってのほかで、rRNA 遺伝子が複数あるらしいことは報触媒活性が制御される、というのだ。アミノ酸合成告があった。酵母から核酸を分離するとほとんど経路の最初の酵素が最終産物アミノ酸によってフが rRNA で、そんなにたくさんの rRNA を作るためィードバック阻害されるなど、みごとな解明があにはその遺伝子も多数あるのではないか、と私はった。アロステリック酵素はいくつかのサブユニ考えた。酵母 DNA を１本鎖にしてニトロセルローットからなる複雑繊細な酵素で、適当な熱処理なス膜に固定し、トリチウム標識したrRNA をろ過し、どで、触媒活性は保持したままアロステリックな１本鎖 DNA に結合する rRNA の量から染色体あたり性質だけを失う、という。当時、大島泰郎さんが今の遺伝子数を推定した。結果は、酵母は数百コピー

堀研の助手になって好熱菌の生化学を始めた。その rRNA の遺伝子を持つという驚くべきものだった

こで私は、好熱菌のホスホフルクトキナーゼ（PFK）（意外すぎて論文にする自信が持てないでいたら、を 研 究 テ ー マ に 選 ん だ 。 PFK は F6P+ATP →しばらく後に同内容の論文がフランスの研究者かFBP(fructose 1,6 bisphosphate) +ADP を触媒するが、ら発表された）。この結果からただちに、細胞はど同じ細胞質中には FBP→F6P+Pi を触媒する糖新生

うやって変異を防いで数百の同一配列の遺伝子を系の FBPase もあり、両者が同時に働くと単なる維持するのか、という問いが生じたが、当時はこれATP 加水分解が進行するだけである。両者を同時を追及する方法がなかった。この時代、遺伝子研究に、正負逆に、制御する仕組みがあるはずだ、と発は延長期だった。

想したのである。PFK も FBPase もいまだ知られていない熱に強いアロステリック酵素なのだろうか、そうでないとしたらどんな仕組みか。結局、ホスホエノールピルビン酸（PEP）が、PFK を阻害しFBPase を活性化することがわかった(1)。両者ともに熱に強いアロステリック酵素であった。PFK は、PEP によって活性のある４量体が不活性の２量体に解離する。基質である F6P は逆に２量体を４量体にもどすのである。結果として、[F6P] vs 反応速度 は[PEP]に依存して強いシグモイド曲線となる。
PEP は解糖系の下流の化合物であり、PFK はフィードバック阻害をうけていることになる。好熱菌を含めて多くの細菌では、（制御因子は他にもあるが）[PEP]が低ければ解糖系が促進され、高ければ糖新生系が促進される。ちなみにヒトなどではこ

写真１．1968 年ころ。
（後列左から）今堀和友先生、大れと全く異なり、fructose 2,6 bisphosphate という分

島泰郎さん、大隅良典さん。しゃがんでいるのが私。

子が制御因子でありその合成分解はホルモン下流のタンパク質リン酸化のカスケードで制御される。

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シリーズ「わが国の蛋白質科学研究発展の歴史」第21回

はおもしろがっていくつか変異を設計し解析した好熱菌の ATP 合成酵素
1972 年、自治医科大学の香川靖雄研究室に所属が、振り返れば、実はそれによって ATP 合成酵素して、ATP 合成酵素の研究を始めた。ATP 合成酵の理解は画期的に進んだわけではなかった。たと素は、ミトコンドリアで ATP 合成をおこなう膜酵

え変異で活性が失われたとしても、人がいろいろ素であり、植物の葉緑体、あらゆる細菌にも存在すな病気で死ぬように、失われた原因はさまざまでる普遍的な酵素である。したがって、その基本構造因果関係は明確ではない。できることは増えたが、や機構の研究では、何を出発材料としてもいいわ研究の延長期は続いていた。以下余談だが、実際、けであるが、私の場合、大学院と同じく好熱菌が出

このころは、アミノ酸配列の設計ができるという発材料だった。香川先生は、それまで米国の E.

ので、「タンパク質工学」という新分野が開かれた

Racker の研究室でウシの ATP 合成酵素で先駆的なと錯覚（あるいは宣伝）した人たちがいた。工学と研究をしていたが、ウシの ATP 合成酵素は精製すは設計できることであり、タンパク質工学と言うることが難しかった。膜酵素の精製には界面活性からには、タンパク質の機能を設計できなければ剤が必要だが、酵素がそれに耐えられないと考えならない。しかし、タンパク質の機能は立体構造にられた（今ではそれだけではないことがわかってあり、立体構造の設計（予言）ができなければ工学いる。ウシの場合、細菌にはないたくさんの余分なとは言えない。これは今でも難しい。その後「タンサブユニットがあり、その中のいくつかは解離しパク質工学」の無力さが知れわたってきて、この分やすい）。好熱菌のタンパク質の有利な性質――例

野全体の信用を落としたと私は思う（似たように、えばきわめて安定であること、容易な完全精製、サ細胞工学や生物工学とかの新設学科名が一時期大ブユニット組成の解明、単離サブユニットからのはやりだったが、今は全然聞かない）。蛋白質科学

全体酵素の再構成、尿素や SDS などで変性した後会が蛋白質工学会でなくてよかった。の再生、人工膜への組み込み、など――に助けられプシン（光駆動 H+ポンプ）と好熱菌の精製 ATP 合

V-ATPase, bacteriorhodopsin, chaperone,etc

成酵素を同一の膜小胞に組み込んで、光で ATP をATP 合成酵素研究の延長期はしばらく続いた。

合成する実験も成功した（1975 年）(3)。これは、

私はポケットに２グラムの凍結乾燥 F1-ATPase

ATP 合成酵素は H+の流れによって ATP を合成す

（ATP 合成酵素の頭部、水に溶けて ATPase 活性をる、という P. Mitchel（ノーベル賞、1978 年）の説示す）を入れて、親和性化学修飾で F1-ATPase の研の強いサポートとなった。こうして、ATP 合成酵究をやっていたカリフォルニア大学 San Diego の素研究の第一の展開期は、好熱菌という新材料に化学教室の W. Allison のところに出かけて行った。

よって開かれた。そして、ATP 合成酵素がどんなそこで活性中心の（後に、直接あるいは水を介して、ものか、およそのところがわかってきて、1980 年酸塩基触媒として反応に参加すると判明した）グ

代、研究は展開期から延長期に入り、酵素の諸側面

ルタミン酸残基を同定した（1981 年）。その後も親を記述するようなものになってきた。

和性化学修飾を使った研究でいくつも論文を書いながら研究は展開した(2)。好塩菌のバクテリオロドた。しかし、振りかえってみると今でも引用したい論文はわずかである。いきづまった私は（当時は、部位特異的変異
1982 年頃、英国の J. Walker と、二井将光さん（当論文は一応どんどん出ているし、「いきづまった」

時岡山大学）が独立に大腸菌 ATP 合成酵素のオペという明確な自覚はなかった）、研究室のメンバー

ロンの塩基配列を決定した。続いて香川先生達がが増えたこともあって、ATP 合成酵素以外のタン好熱菌の配列を決めた。それでアミノ酸配列がわパク質の研究にも手を出した。bacteriorhodopsin,

かり、部位特異変異導入が可能になった。私も当初

Na,K-ATPase, H+-transport pyrophosphatase, V-ATPase,
chaperone, yeast prion などなど。電子顕微鏡像以外

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シリーズ「わが国の蛋白質科学研究発展の歴史」第21回にほとんどわかっていなかった核膜孔の研究を始F1-ATPase の立体構造めようとしてアフリカツメガエルの卵の核を集め

私も立体構造の解明は新しい展開を開くことはてマウスを免疫し、蛍光顕微鏡のスクリーニング

よくわかっていて、共同研究者をつのって電子顕で核膜孔の成分を認識する単クローン抗体を得よ

微鏡像の３次元再構成や結晶解析など膨大な努力うとしたこともあった（抗体があれば核膜孔を精をした。電子顕微鏡からは、D-, E-サブユニットが製できる、生化学ができる、細胞生物学もできる）。

交互にならんで６角形のリング(D3E3）を作っていしかし・・・得られたのは結局、混入したミトコンること、リングの中に棒状のJ-サブユニットが貫いドリアに対する抗体だった。このうち、おもしろくていることがわかった（図２）。しかし、原子構造展開してその後も研究を続けたのは、V-ATPase,の解明は、結局、J. Walker（英国、MRC）のウシ

chaperone, yeast prion だった。V-ATPase の発見は、由来の F1-ATPase の結晶解析（1994 年）に先んじ進化にも重要な示唆のある発見で、私にとって本ることはできなかった。先日、Walker と話してい意であった。きっかけは、ATP 合成酵素はすべてたら、「自分たちも細菌の F1-ATPase の結晶化を長の生物にあるはずなのに古細菌にはそれが見つかい間試みていたがどうしてもうまくいかなかった、らなかったことだった。よくさがすと、細菌やミトどういうわけか、細菌よりもウシの方が結晶化にコンドリアの ATP 合成酵素と”似て非なるもの”いいのだ」と打ち明けた。たしかに、鈴木俊治博士が見つかった(4)。ドイツの学会のロビーで、私たち（東大主幹研究員）がウシの F1-ATPase を大腸菌の古細菌の ATP 合成酵素と、ニンジンの液胞（R.に合成させることに最近成功したので、さっそくPoole）やカビの液胞にある H+-transport ATPase（L.

結晶化を試みたところ短期間で結晶がでて構造もTaiz と E. Bowman）のアミノ酸配列と比べたら、解けた。一般に好熱菌のタンパク質はよい結晶をびっくりするほどよく似ていた(5)。
古細菌のATP 合作りやすい、と言われるが、F1-ATPase ではそう成酵素、真核細胞のリソゾームなどの細胞小器官ではなかった。ウシを選んだ J. Walker は幸運だっの H+-ポンプは、共通の構造と機能を持つ新しい範た（ノーベル賞, 1997 年）。

疇の酵素であり、V-ATPase と命名された。ミトコ
ンドリアは細菌の細胞内共生が起源という。では、横からその宿主となった細胞は何か。液胞は細胞膜の陥E入によってできるとすると、その細胞膜は古細菌D由来ということであり、共生の宿主細胞は古細菌Eだった、という提案となった（図１）。

JDED

図２．F1-ATPase の構造
左：電子顕微鏡像の３次元再構成による好熱菌 F1-ATPase の構造（若林健之さんたちとの協同、1980 年代の中頃、未発表）。ウランによる負染色像 からよくこれほどの像が再構成できたと思う。DとE サブユニットがみかんの房のように並んでいる。見えないが内側には棒状のJサブユニットがある。
図１．真核細胞の起源

中央：上からみた像。抗体を結合した別の像からDとEが交互

古細菌の中に好気性の細菌が入り込み共生し、ミトコンドに並んでいることがわかった。

リアとなる。古細菌の細胞膜が陥入してリソゾームや液胞

右：Walker たちのウシのミトコンドリア F1-ATPase の結晶構造となる。古細菌の細胞膜に存在した V-ATPase は不要となり(1994 年)。これを見ると私たちの電子顕微鏡構造はけっ消滅した。図中の FoF1 とは、本文中で述べているミトコン

こういい線をいっていた。しかし、電子顕微鏡によるこのドリアや細菌に存在する ATP 合成酵素のことである。

程度の分解能では、新たな展開期は期待できなかった。

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シリーズ「わが国の蛋白質科学研究発展の歴史」第21回

いうことになった（図３）。幸運にもちょうどそのころ、野地博行さん（現東大教授）と安田涼平さん（現マックスプランク-フロリダ神経科学研究所ディレクター）という優秀な大学院生がいた。彼らの実験で１年も経たないうちに回転するようすが蛍光顕微鏡で見えた（1997 年）(8)。その後も、回転のステップやトルク、ATP 結合や加水分解と回転の関係、など研究は快調に進んだ。日本の１分子観察のレベルは高く、これが私たちに ATP 合成酵素の研究の２度目の展開期をもたらした。
図３．回転祈願の踊り
J. Monod は、考えているうちに自分が酵素になってしまっATP 合成酵素の細胞生理たように感じたそうだ。それくらい懸命に考えなければ。F1-

しかし、２１世紀に入るとバイオ研究全体の流ATPase が回転するものなら、 F1-ATPase になって感じてみようと、大学院生たちが回転ダンス（動画は教科書れが変わってきた。一般に、個別のタンパク質分子「Molecular Biology of the Cell」にあります）。の研究は地道になり、網羅的な情報やゲノムによって細胞の動態や病態を分子レベルから理解するような研究が急 に展開している。私たちも、ATP１分子観察合成酵素の基本機構の解明を続けながら、その制立体構 はたちまち研究の様相を一変させた。

御と細胞生理への役割にも研究を広げた。そこで1976 年ころから、P. Boyer (カルフォルニア大学

思い知らされたのは、基本機構はどの生物でも共Los Angels）は、同位体交換を主とするやっかいな酵素学的キネティックを理詰めに考えた末、ATP合成酵素は２つの活性部位を交互に使うというフリップフロップ説を唱えていた。この仮説は、1978
年私たちが ATP 合成酵素には３つの活性部位（DE-サブユニットの境界にある）があることを示すと(6)、順番に３つの活性部位が働くためには、中心に存在するJサブユニットが周囲のD3E3 リングの中で物理的に回転するという仮説に発展した(7)。しかし、回転する酵素などあまりに突飛で（私も含めて）本気で賛同する者はほとんど皆無だった。ところが、Walker のウシの F1-ATPase の結晶構 は３相交流のモーターにそっくりで、Boyer の予言通り、リングの３つの活性部位がそれぞれ違った反応素過程を遂行しているような構 だった。それで、Walker も含めて多くの人が一夜にして回転説に転向した。少なくとも、真剣に考えるようになっ写真２．P. Boyer は、クラシックな酵素の研究者でた。しかし、回転子がたった 2nm たらずのモータあり、64 歳ころから始めた研究で 79 歳の時にノーーの回転を実証するのは容易ではない。私はまだベル賞を受賞しました（1997 年）（老人よ、大志を

回転説に半信半疑だったが、木下一彦さん（現早稲抱け）。その翌年、東京工業大学に来てテニスをしま田大学）と語らって１分子で回転を直視しようとした。80 歳でも元気で勝てませんでした。

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シリーズ「わが国の蛋白質科学研究発展の歴史」第21回

通だが、制御はさまざまだということである。細菌

秘密を知っているのではないか、と思わせる分子の ATP 合成酵素のイプシロンという小さなサブユシャペロンというものが登場した。新しい未開のニットは ATP の結合解離で伸び縮みして形を変え研究分野が見つかって、展開期が始まったのであ(9)(10)、回転をオンオフする 。細胞内の ATP 濃度をる。私はすぐに（またもや）好熱菌を材料に研究に感知して ATP 合成酵素の制御をする、という見事参入した。そして、ATP を使って凝集してしまったな機構だと思った。しかし、この制御機構を欠いたタンパク質をときほぐす分子シャペロン（ClpB＋細菌でも、普通の条件では平気で増殖することをHsp70 セット）を発見した(12)（同時期に、酵母から知ってがっかりした。調べられる限りのことはや

は ClpB のホモログの Hsp104 が脱凝集シャペロンったが、わかったのは、塩濃度が非常に低いと生育として報告された）。また、典型的な分子シャペロが少しだけ悪くなる（大腸菌）、胞子の形成に多少ンである細菌の GroEL/GroES の分子機構も熱心にの支障がでる（枯草菌）程度で、しかも細菌の種で研究した。GroEL/GroES は、分子内空洞にポリペプまったく異なる。動物のイプシロン相当のサブユ

チドを閉じ込めて凝集の恐れなくフォールディンニットはそもそも構造変化をしない。また、鈴木俊グできる環境を与える。空洞は２つあり交互に使治さんがヒトやウシの F1-ATPase を大腸菌で合成用される（シーソーモデル）、空洞内のポリペプチさせることに成功し（真核細胞の F1-ATPase の発現

ドは外界から隔離され free polypeptide としてフォ系は、世界中の関連研究者の２０年間の試みにもールディングする、というのが定説であり教科書関わらずそれまで成功しなかった）(11)、その阻害因にも載っている。が、これは展開期によくある勇み子である IF1 というタンパク質がモーターの回転足であり間違っている。田口英樹さん(13)、東大の船を停止させることがわかった。しかし意外にも、細津高志さん、米国の G. Lorimer のグループは、２つ胞もマウスも IF1 なしでほとんど正常に発育増殖の空洞は同時に使用されることを見出している。

できた。これは、IF1 の重要な役割を主張してきた

元島史尋さんは、ポリペプチドは完全に空洞に閉

多くの研究者の期待を真っ向から裏切るものだっじ込められているわけではなく、空洞に空いた小た。そもそもなくていいものだったら、どうしてさな窓あたりにひっかかりながらフォールディン

IF1 は、酵母から人まで保存されているのだろう。

グが進行する、ということを発見している（図４）

わからない。in vivo の結果が in vitro からの予想と(14)。
時には、ポリペプチド全部が窓から外へ逃げ出

これだけ違うと、一つのタンパク質にこだわってしてしまうこともある。定説の提案者はこの分野

その欠陥が引き起こす病態をさがす試みは、明快な結果がすぐにでればいいが、そうでない場合はやりかたを変える必要がある、との感慨を持つ。細胞内あるいは細胞間のネットワークや代償やバックアップが複雑にからんでひとつの生理状態がもたらされるとしたら、それも当然かも知れない。

分子シャペロン
もともと私は、進化とともに、タンパク質のフォールディング（構造）予測や設計にも夢があった。

図４．シャペロニン（GroEL/GroES）の機構

しかし、問題の難しさから考えて夢は自分の研究

上：定説。ポリペプチドは、空洞内に完全に収納されている。

人生の期間には実現できないだろうと思っていた

下：私たち（元島・吉田）が到達した理解。一部分が GroEL/ので、自分では手を出さずに他人の研究を横目でGroES の隙間に出入りしている。たまには、ポリペプチド全長が外に出てしまう。図には示していないが ATP が分解された時見ていた。そこに、フォールディングについて何か点で GroES が離れてフタが開く。

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シリーズ「わが国の蛋白質科学研究発展の歴史」第21回（分子シャペロンの分子機構）が延長期に入るとれほど正確かどうかはともかく）相互の変換の別の分野に去り、私たちの結果には反論もコメン度定数がすべて算出されている。天然構 に行きトもしていない。

着く経路がない dead-end 構 も現れている。この小さなタンパク質でもこれだけの中間構 、dead-タンパク質研究、次の大展開

end 構 が現れるとしたら、今までの、フォールデ

最近、私は、タンパク質研究の分野全体の次の大ィングは変性―天然構 の２状態遷移であるとか、きな展開期の到来を予感している。第一に、フォー２状態の間に中間状態があるとかの議論は、おおルディング問題で画期的な発展の曙光がみえる。

ざっぱすぎてほとんど意味がなくなる。計算機でフォールディングの理解は、タンパク質理解の根タンパク質の構 が予測できる時代が近づいてい幹である。しかし、この数十年、延長期の地道な研る。それにつけても、日本のバイオの計算科学者は、究による知識の集積があるものの、本質的な進歩力を合わせて日本にも巨大な計算能力の専用計算は乏しいと思う（なんと多くの俊英が、この分野に機を作ることを追求してほしい。Shaw の計算機飛び込みそしてほどほどの成果で満足せざるを得は、フォールディング計算については京コンピュなかったか）。それは、1972 年の Anfinsen 以来、ーターの 100 倍以上の能力だそうで、普通のワーフォールディング分野でノーベル賞受賞者がないクステーションの 1000 倍はあるだろう。天文学でことでもわかる。私は分子シャペロンに期待したたとえれば、直径 20 cm のアマチュア望遠鏡と 8が、結論から言えば、分子シャペロンが知っているm のすばる望遠鏡の差である。
タンパク質研究の分野全体の次の展開期の到来

フォールディングの秘密はたいしたことはないらしい。凝集を防ぐとか、多少加 することもあるとを予感させる第二の進展は、タンパク質立体構か、そんなところである（多少の加 だったら溶媒決定の革新である。今まで結晶解析はすばらしいの条件、たとえば pH を変えただけでも起こる）。

成果を収めてきたが、まだ、大変な労力と能力と幸しかし、最近、計算科学が突破口になる可能性がで運が必要な技術である。タンパク質の一つ一つにてきており、私はそこに大きな期待をしている。米

ついて、個別に結晶化条件をランダムサーチする国の D. Shaw が、桁違いの能力を持つタンパク質必要がある。要するに手間がかかりすぎる。これをの構 計算専用の計算機を作り、ユビキチンの構革新するに、ひとつは低温無染色１電子検出の電を正しく予想したことに驚きと感嘆を感じたの

子顕微鏡による単粒子構 解析の登場があり(16)、である(15)。まず、熱力学的な最小エネルギー構 とさらに究極的には次（次次？）世代の X 線自由電してタンパク質の天然構 が算出できたことはす子レーザーに期待する(17)。時間分解能があり、結晶ばらしい。重要なことは、計算の基本となる力場不要の構 解析が容易にできる日こそ、タンパク（force field）は、疎水結合も水素結合もあらわに質研究の新たな次元が開かれる日だろう。

含まない物理的な根拠の不確かなものであると思うが、それでも計算の結果、天然構 が現れた、ということである。それは、基本的に力場の仮定が有効だということだろう。フォールディングの最初の段階に現れる collapsed state の分子の広がりが、計算では実験の結果よりも小さくなるとか、いくつか改良は必要だが、基本的に今の力場を使って、もっと大きなタンパク質の構 計算に進んでいいのである。もう一つ意義深いことは、天然構 だけでなく、いくつかの中間構 が計算で現れて、（ど162シリーズ「わが国の蛋白質科学研究発展の歴史」第21回

文 献(1) M. Yoshida, T. Oshima, K. Imahori, The Thermostable
Allosteric Enzyme, Biochem. Biophys. Res. Commun., 43,36–39 (1971).
(2) Yoshida M, Sone N, Hirata H, Kagawa Y., J. Biol. Chem.,
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(3) Yoshida M, Sone N, Hirata H, Kagawa Y, Takeuchi K,Ohno K., Biochem. Biophys. Res. Commun., 67. 1295–1300 (1975).
(4) Denda K, Konishi J, Oshima T, Date T, Yoshida M., J.
Biol. Chem., 263, 6012–6015 (1988).
(5) Gogarten JP, Kibak H, Taiz L, Bowman EJ, Bowman
BJ, Manolson MF, Poole RJ, Date T, Oshima T, Konishi
J, Denda K, Yoshida M., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.,
86, 6661–6665 (1989).
(6) Yoshida M, Sone N, Hirata H, Kagawa Y, Ui N., J. Biol.
Chem., 254, 9525–9533 (1979).
(7) P. Boyer wrote to M.Y. some years ago as “At thetime when the ATPase was regarded as having
only two catalytic sites, we proposed analternating site, or what may be called “flip- flop”
mechanism. By 1981 the presence of three E
subunits and a single core J subunit had become
generally accepted. The identical catalytic behavior of all three sites was most readily explained
if they interacted in the same way with the single
J subunit. To me the only logical explanation wasa rotational movement of the J subunit relative tothe catalytic sites.”

163(8) Noji H, Yasuda R, Yoshida M, Kinosita K., Nature 386,
299 - 302 (1997)(9) Kato-Yamada Y, Yoshida M., J. Biol. Chem., 278, 36013- 36016 (2003).
(10) Iino R, Murakami T, Iizuka S, Kato-Yamada Y, Suzuki T,Yoshida M., J. Biol. Chem., 280, 40130 - 40134 (2005)(11) Suzuki T, Tanaka K, Wakabayashi C, Saita E, Yoshida M.,
Nature Chem Biol, 10, 930-936 (2014)(12) Motohashi K, Watanabe Y, Yohda M, Yoshida M., Proc.
Natl. Acad. Sci. USA 96, 7184 - 7189 (1999)(13) Taguchi H, Tsukuda K, Motojima F, Koike-Takeshita A,
M. Yoshida M., J. Biol. Chem., 279, 45737 - 45743.
(2004)(14) Motojima F, Yoshida M., EMBO J. 29, 4008-4019,(2010).
(15) Pianaa S, Lindorff-Larsena K, Shaw DE., Proc. Nat.
Assoc. Sci. 110 , 5915–5920 (2013)(16) Gallaway E., Nature 525, 172-174 (2015)(17) Miano J, Ishikawa T, Robinson IK, Murnane MM.
Science 348, 530-535 (2015)

シリーズ「わが国の蛋白質科学研究発展の歴史」第21回

吉田 賢右先生 ご略歴
1944 年 群馬県に生まれる
1966 年 東京大学 理学部 生物化学科 卒業
1972 年 東京大学 理学系研究科 生物化学専攻 博士課程修了
1972 年 自治医科大学 第一生化学 助手
1979-1981 年 University of California, San
Diego. Research Associate
1981 年 自治医科大学 第一生化学 講師
1985 年 東京工業大学 理学部 天然物化学研究施設助教授
1990 年 東京工業大学 生命理工学部 遺伝生化学教授
1992 年 東京工業大学 資源化学研究所
生物資源部門 教授
2009 年 京都産業大学 工学部 教授
2010 年 京都産業大学 総合生命科学部 教授
2014 年 京都産業大学 シニアリサーチフェロー

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