2-9 タンパク質の構造と機能に関する統合的基
盤研究
●代表者

末永敦（生命科学科・准教授）●分担者

中里勝芳（生命科学科・教授）
茶圓茂（生命科学科・教授）

斎藤稔（生命科学科・教授）

安原徳子（生命科学科・准教授）࠙◊✲ࡢ┠ⓗ࠾ࡼࡧᴫせࠚ
本研究の目的は，生命現象，特に生体の中で重要なはたらきを担っているタンパク質を研究対象とし，その構造と機能について原子レベルで解明することを目指す。それに基づき，様々な生命現象の仕組みや疾病，生体エネルギーに関するより深い理解を目指す。また，いくつかのタンパク質については，それらの産業への利用に視野を向けた応用的側面についても可能な限り検討を試みる。
本研究の最大の特徴としては，1 つの研究対象（生体分子もしくは生命現象）に対して，生化学・生理学・生物物理学・構造生物学・計算化学などの多角的視野から，統合的な考察と検証を行っていく共同研究姿勢にある。このような体制は，生命科学におけるそれぞれの異分野のスペシャリストが集まった本学科の特長を最大限に生かしたものといえる。
本研究では，以下の 5 つのテーマについて統合的な考察と検証を行った。1）新規なバイオセンシング・バイオマ
シン・バイオイメージング技術開発のためのタンパク質分子の機能解明，2）細胞の分化・発生に関する遺伝子制御機構の解明，3）脳の学習・記憶のメカニズムの解明，4）植物の光合成を模倣した人工光合成システムの開発，5）創薬に向けた高機能性分子の計算化学的分子設計。
これらの統合的研究を通じて，医療，食品，化学，エネルギー等の産業分野への応用技術の開発を目指していく。
【研究の結果】
1．ミオシン上のアクチンフィラメントの滑りに対する無機リン酸（Pi）の影響を調べた。1. ミオシンモノマー上のランダム方向の運動では 0mM Pi 時 0.78±0.20μm/s, 30mM Pi 時 0.82±0.21μm/s，2. ミオシンフィラメント上順方向の運動では0mM Pi時6.2±2.4μm/s, 30mM Pi時 5.3±2.3μm/s， 3. ミオシンフィラメント上逆方向の運動では 0mM Pi 時 0.89 ± 0.30 μ m/s, 30mM Pi 時 1.27±0.39μm/s であった。
（茶圓）
2．昨年度は，特定の細胞株を用いて核輸送因子が細胞増殖関連因子の機能調節により細胞運命に影響を与えるという手がかりを得た。今年度はこれを発展させ，がん細胞を含む数種類の細胞株で解析を行い，細胞種に応じて核輸送因子が異なる細胞増殖関連因子の機能調節に関わることを突き止めた。また，マウスへの移植により，細胞の腫瘍形成能が核輸送因子の存在量により変化することを掴んだ。
（安原）
3．昨年度は，脳における電気的な神経活動とカルシウムシグナルを，それぞれ多点電位記録システムとレーザー共焦点カルシウムイメージングを用いて同時測定する実験系を確立した。この実験系を将来的に脳疾病のテーラーメイド医療に応用するため，多電極アレイ（multi-electrode array; MEA）基板上にヒト iPS 細胞由来ニューロンを培養しその活動を測定した。その結果，MEA 基板の 1 つの電極を通して電気刺激を与えることにより，その電極近傍にある細胞にカルシウムシグナルが発生し伝搬していく様子が捉えることができた（斎藤）4．珪藻の光化学系 II を構成する膜表在性タンパク質，Psb31，は光化学系 II コアサブユニットに直接結合しており，光化学系 II の酸素発生能を維持している。Psb3 の 3 つのリジン残基及び N- 末端アミノ酸の正電荷が光化学系 IIコアサブユニットとの静電的相互作用に関与することを明らかにした。
（中里）。
5．計算科学的手法を用いて，タンパク質と低分子化合物との結合親和性予測を行った。その結果，非常に良い精31

度でタンパク質―低分子化合物間相互作用を予測できた。また，その際に使用すべきパラメータを決定し，今後の計算機支援創薬基盤技術の一つとして有効であることを示すことができた（末永）。
【研究の考察・反省】
1．ランダム方向運動では Pi 濃度の違いで速さの違いは見られなかったが，ミオシンフィラメント上の順方向での速度は 30 mM Pi のほうが遅くなり，逆方向運動では 30 mM Pi のほうが速くなった。ミオシンフィラメント双極構造の方向に依存して Pi の影響が逆になる点が興味深い。これは，これまでのアクチンミオシン ATP 反応サイクルに，あらたに Pi の反応を追加すべきデータであり，学術雑誌に報告するに値する結果である。
（茶圓）
2．核輸送因子の細胞増殖関連因子に対する機能調節が細胞種により異なることを示したが，用いた細胞種は限られている。今後，さらに細胞種を増やし，核輸送因子の機能を系統立てて解析する必要がある。
（安原）
3．MEA 基板上に培養した iPS 細胞由来ニューロンに対して，1 つの電極を通して電気刺激を与えることによって発生するカルシウムシグナルを捉えることができたが，自発的に生じる電気シグナル・カルシウムシグナルを同時測定することができなかった。これらを捉えるためには神経ネットワークをさらに成熟させる必要がある。
（斎藤）
4．Psb31 の Lys39,Lys54 及び Lys56 が PsbH 及び PsbE の Glu と Asp に静電的相互作用していることが示唆されたが，これらの相互作用が酸素発生時のタンパク質構造をどのように制御しているかについは不明である。
（中里）
5．タンパク質研究において計算科学的アプローチの有効性を示すことができたが，計算資源の問題から計算時間・量に限界があった。今後は，計算資源をより増幅させ，また，アルゴリズムの効率化を図り，より厳密なデータを得ることが必要である（末永）。
【研究発表】“Properties of kinesics from filamentous fungi focused on the thermal aptitude”, Youske Shimizu，Toru Togawa, Shigeru
Chaen，第 55 回日本生物物理学会，2017.9.20 ，熊本大学“Functional profiling of asymmetrically-organized human CCT/TRiC chaperonin”, Kazutaka Araki, Atsushi Suenaga, Tohru
Natsume, Kazuhiko Fukui, CBI 学会，2017 Oct，東京「細胞増殖における核輸送因子の働き」，浅野僚二，安原徳子，柴崎典子，地引和也，石畑雄太郎，海江田愛奈美，
2017 年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）「ER 陽性乳がん細胞における核輸送受容体 importinα の働き」
，地引和也，山本達郎，中尾光善，斉藤典子，安原徳子，2017 年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）“Changes in neural activities of the land slug induced by in vitro aversively conditioned odors”, Kohei Ishida, Koharu
Hashiguchi, Yoshimasa Komatsuzaki, Minoru Saito, 第 40 回日本神経科学大会，2017 年 7 月 20 日− 23 日，幕張 .
“Laser confocal calcium imaging of corticosterone-modulated neural activities in mouse hippocampal slices”, Naoki Iwata,
Takuto Suzuki, Yuuta Hamasaki, Minoru Saito, 第 40 回日本神経科学大会，2017 年 7 月 20 日− 23 日，幕張“Various spatiotemporal neural activity patterns in mouse hippocampal slices induced by different electric stimuli”, Yuuta
Hamasaki, Natsumi Haba, Ayaka Maeda, Minoru Saito, 第 40 回日本神経科学大会，2017 年 7 月 20 日− 23 日，幕張 .
“Epicatechin enhances the long-term memory of odor aversive learning in the land slug”, Yoshimasa Komatsuzaki, Taiyou
Nakamura, Ken Lukowiak, Minoru Saito, 第 55 回日本生物物理学会年会，2017 年 9 月 19 日− 21 日，熊本 .
「オペラント学習に対する植物由来フラバノール没食子酸エピガロカテキンの影響」，吉川由依，戸澤奨，斎藤稔，Ken Lukowiak，小松﨑良将，第 61 回日本大学理工学部学術講演会，2017 年 12 月 1 日，東京．

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「ヨーロッパモノアラガイの低カルシウム下での味覚嫌悪条件学習」，岩堀哲也，加藤功弥，仲田正吾，齊藤渉，斎藤稔，小松﨑良将，第 61 回日本大学理工学部学術講演会，2017 年 12 月 1 日，東京．
“Laser confocal calcium imaging of corticosterone-modulated neural activities in mouse hippocampal slices”, Naoki Iwata,
Takuto Suzuki, Yuuta Hamasaki, Minoru Saito, 2017 年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017），2017 年 12 月
6 日− 9 日，神戸 .
“Simultaneous measurement of activities of human induced stem cell-derived neurons using multi-electrode array system
and laser confocal calcium imaging”, Natsumi Haba, Yuka Shirakawa, Masanobu Murakami, Yuuta Hamasaki, Minoru
Saito, 2017 年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017），2017 年 12 月 6 日− 9 日，神戸 .
“Fluorescence imaging of odor-induced NO release in the olfactory nervous center of the land slug”, Kohei Ishida, Momo
Murata, Satoshi Watanabe, Minoru Saito, 2017 年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017），2017 年 12 月 6 日−
9 日，神戸「ナメクジの匂い嫌悪学習を標本系で再現する」，村田桃，石田康平，斎藤稔，第 27 回非線形反応と協同現象研究会，
2017 年 12 月 9 日，福岡．
「エピカテキンはカタツムリの記憶力を高める」，齊藤渉，岩堀哲也，仲田正吾，小松﨑良将，斎藤稔，第 27 回非線形反応と協同現象研究会，2017 年 12 月 9 日，福岡．
「Simulink を用いた反応拡散系のお手軽シミュレーション」，柴崎雄介，斎藤稔，第 27 回非線形反応と協同現象研
究会，2017 年 12 月 9 日，福岡．
“Plant derived flavanolsincrease the membrane excitability of RPeD1 neuron during learning process in the pond snail,
Lymnaea stagnalis”, Yoshimasa Komatsuzaki, Ken Lukowiak, Minoru Saito, International Congress of Cell Biology
2018, January 27-31, 2018, India.
“A Size-dependent Negative Feedback Loop Model for Morphallactic Regeneration”, Yusuke Shibasaki, Chikako YoshidaNoro, Minoru Saito, 第 73 回日本物理学会年次大会，2018 年 3 月 22 日− 25 日，野田．
【研究成果物】“Mutations in the SH1 helix alter the thermal properties of myosin II”, Shibata K, Koyama T, Inde S, Iwai S, Chaen S.
Biophysics and Physicobiology (2017) 14, 67-73“Electrostatic interaction of positive charges on the surface of Psb31 with photosystem II in the diatom Chaetocerosgracilis”, Ryo Nagao, Takehiro Suzuki, Akinori Okumura, Tomohiro Kihira, Ayaka Toda, Naoshi Dohmae, Katsuyoshi
Nakazato, Tatsuya Tomo. Biochim.Biophys.Acta - Bioenergetics (2017) 1858, 779–785“Evaluation of protein-ligand affinity prediction using steered molecular dynamics simulations”, Noriaki Okimoto, Atsushi
Suenaga, Makoto Taiji. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics (2017) 35, 3221-3231“Diversity of Neuronal Activity Patterns of the Pond Snail Lymnaea stagnalis”, Minoru Saito, Snails: Biodiversity, Biologyand Behavioral Insights (Ed. Chee Kong Yap, Nova Science Publishers, Inc., New York. June 2017), Chapter 6, p.117-138.
“Spatiotemporal Neural Activities Involved in the Olfactory Processing of the Land Slug using Fluorescent-Imaging
Technique”, Minoru Saito, Organismal and Molecular Malacology (Ed. Sajal Ray, InTechOpen, August 2017), Chapter 6,
p.119-141.
“A simple method for environmental cell depressurization for use with an electron microscope”, Naoki Ogawa, Ryo
Mizokawa, Minoru Saito, Akira Ishikawa, Microscopy 66(2017)424-430.
「多点細胞外電位記録とレーザー共焦点カルシウムイメージングによる神経活動の同時測定技術の確立― 脳疾病の33

テーラーメイド医療に向けた基盤技術として」，幅菜摘，浜崎雄太，斎藤稔，日本大学文理学部自然科学研究所
紀要 53 (2018) 251-259.

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