「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 3826 January, 2012
業績紹介：光による DNA-タンパク質間相互作用制御
寺嶋正秀（京都大院理・A01 計画研究代表者）が得られたが、拡散係数の値からこれはダイマーとして存在すること、AC1-ZC の濃度を変えても拡散信号に顕著な変化は見られなかったことから、この反応は論文題目："Photoreactions of Aureochrome-1"会合反応ではなく構造変化を伴う反応であることがわ

著者： T. Toyooka, O. Hisatomi, F. Takahashi, H. Kataoka,

かった。こうした事実と、光励起によって DNA と bZIP

M. Terazima

ドメインとの相互作用が減少するという観測から、光雑誌巻号：Biophys.J., 100, 2801-2809 (2011)による DNA 相互作用の変化は、図 2 のようなスキームで表されるものと提案した。我々は LOV ドメイン

近年、フシナシミドロ中でオーレオクロムという新の分子間相互作用変化は揺らぎを使って制御されてい規の青色光受容タンパク質が発見された。オーレオクると考えているが、この蛋白質では、それが DNA とロムには、オーレオ 1 とオーレオ 2 の 2 種類があり、の相互作用を変える原因になっていると思われる。

オーレオ 1 は主に枝の成長点である突起の発生を担い、オーレオ 2 は枝の成長の源となる生殖器官の形成を制御していることが報告されている。このタンパク質はC 末 端側 に青 色 光セ ンサ ーと して 働くLight-Oxygen-Voltage-sensing (LOV)ドメインをもち、中央部には転写因子として働くことで知られる basic
region-leucine zipper (bZIP)ドメインをもっている。オー
レオクロムは暗状態でダイマーを形成しており、青色光を受光すると各々の bZIP ドメインで DNA を挟み込むかたちで結びつくといわれており、それが機能発現に重要であると考えられているが、その反応についてはほとんどわかっていない。ここでは、LOV ドメイン
のみの AC1-LOV と、オーレオ 1 の N 末端側を 100 残基ほど切った AC1-ZC を用いて、過渡回折格子(TG)法により反応ダイナミクスを調べた。AC1-ZC は LOV ドメインと bZIP ドメインを保持しており、機能発現まで
図 1 (a) AC1-LOV 光励起後に観測される TG 信号。
(b)の光反応は全長と同様に起こることが示されている。
AC1-LOV を光励起後に見られる TG 信号を図 1 に示

拡散係数変化を表す信号の回折格子波数依存性。

す。～2µs の時間スケールに LOV ドメインにあるシステイン残基と発色団である FMN との共有結合形成の信号と、～10µs に励起分子から放出された熱の拡散が観測された。また、さらに遅い時間スケールに、立ち上がりと減衰を示す山型の信号が観測された。これは分子拡散信号であると同定され、立ち上がり成分が反応分子の拡散、減衰成分が生成分子の拡散を表すことがわかった。この拡散係数変化を伴う反応がどのような反応かを知るために、拡散信号の濃度依存性を調べたところ、拡散信号に顕著な濃度依存性が見られ、モノマーからダイマーへの会合反応が起こっていること
図 2 提案したオーレオクロムと DNA との相互作用がわかった。一方で、bZIP ドメインを持つ AC1-ZC をスキーム光励起したのちにも、同様な拡散係数変化を示す信号

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業績紹介：3D-RISM で PYP 中の溶媒構造を解析
吉田紀生（分子研・A03 計画研究分担者）
平田文男（分子研・A03 計画研究代表者）
片岡幹雄（奈良先端大物質創成・A02 計画研究代表者）がプロトンを供給する場合である。
この問題を検証するため，我々は液体の統計力学理論である 3D-RISM[2,3]を用いて，PYP の水和構造およびプロトン （水素化物イオン）の分布 を求めた。
3D-RISM はこれまで多くの生体分子の水和，分子認識の問題に応用され，多くの成功を収めている[4]。R52Qの光受容体近傍の水の分布および水素化物イオンの分

論文 題目： "Solvent penetration in photoactive yellow

布を図に示す。水素化物イオンの分布強度から，キャprotein R52Q mutant: A theoretical study"

ビティ内のプロトンの存在確率はバルクよりも高いこ

著者：Daniel J. Sindhikara, Norio Yoshida, Mikio Kataoka,とが分かった。しかし，配位数（分布関数に平均密度and Fumio Hirataを掛けたものをキャビティ空間内で積分したもの）は

雑誌巻号：J. Mol. Liq., 164, 120-122 (2011)依然として低く，水分子が多勢を占めていることが示唆された。

Photoactive yellow protein (PYP) の R52Q 異性体は，今回の解析ではこのような傾向が示されたが，キャ光受容体近傍の残基の異性化にもかかわらず，スペクビティ内の電荷状態を決定するにはさらなる定量的なトルがほとんど変化しないことが知られている[1]。す解析が必要であり，現在，解析を進めている。

なわち，正電荷を持つアルギニンから，電荷的に中性なグルタミンへの置換は光受容体近傍の静電ポテンシ

参考文献

ャルを大きく変化させ，受容体の吸収スペクトルへ影[1] K. I. Mihara et al., J. Biochem. 121, 876 (1997)

響を与えるはずであるが，このような変化は観測され[2] D. Beglov et al., J. Phys. Chem. B 101, 7821 (1997)ていない。このため，光受容体近傍の電荷条件が変化[3] A. Kovalenko et al., Chem. Phys. Lett. 290, 237 (1998)

していないと考えられ，その条件は２つの状態が考え[4] N. Yoshida et al., J. Phys. Chem. B 113, 873 (2009)られる。１つはもともとのアルギニンがプロトン化しておらず中性である場合，もう一つは異性化後に溶媒

図：水（右）および水素化物イオン（左）の３次元分布。赤は酸素原子，グレーは水素原子を表す。

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シンポジウム報告
The 5th International Symposium on
Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
このセッションでは演者 4 名と座長 2 名を本新学術領

片岡幹雄（奈良先端大物質創成・A02 計画研究代表者、第 5 回公開シンポジウム世話人）

域の公募研究代表者の 30 代の若手研究者から選んだ。
“揺らぎと生体機能”の研究領域が形成されたのち、この領域を発展させていく若手研究者を養成すること

本新学術領域“揺らぎと生体機能”の第 5 回国際シは、本新学術領域の使命の一つなのである。このようンポジウムが、松飾りもまだ取れない 1 月 7 日、8 日

な試みは、今後も続けていく必要があるだろう。本シの日程で、東大寺の境内の総合文化センターで開催さンポジウムの内容に関しては、3 名の班員の方からのれた。東大寺総合文化センターは、昨年オープンした報告を参照していただきたい。最後に、運営にご尽力ばかりであり、メイン会場の金鐘ホールをはじめとしいただいた秘書の藤澤祐子さん、片岡研のスタッフ、て、木の香もかぐわしく、新年早々のシンポジウムに学生のみなさんに感謝の意を表したい。

はふさわしい会場であったと思う。併設されている東大寺博物館には法華堂から移されていた国宝の不空羂索観音立像と日光、月光両菩薩が展示されており、講演のあいまに訪れる方も多かったと思う。外国からの招待講演者にも喜んでいただけたであろう。舞台裏を明かせば、奈良の会場としてやはり外国人からは好評の新公会堂で開催するつもりであったが、新年最初の土日ということで新春能が開催されており、利用することができなかったのである。他の会場を予約していたのだが、準備の段階で、東大寺総合文化センターが櫻井一正(大阪大学蛋白質研究所・A01 公募研究代表者)オープンするとの話を聞き、候補に加えたのであった。
昨年の 10 月になっても使用料などの詳細が決まらず、不安要素があるまま、ここを利用することに決めたのである。予算立てが難しく、実際に運営にあたってい2012 年 1 月 7、8 日に奈良東大寺総合文化センターただいた藤澤さんには大変な迷惑と心配をおかけした。

で行われた「揺らぎと生体機能」第 5 回公開シンポジ

参加者は国内から班員を中心に 140 名、海外 19 名でウムに参加した。このシンポジウムのプログラムは、あり、14 件の招待講演と 108 件のポスター発表があっ海外の研究者および領域内から選ばれた班員による招た。今回の国際シンポジウムでは、二つの新しい試み

待講演と、海外の研究者および領域の班員、班友によをした。一つは招待講演者のうち、1989 年ノーベル化るポスター発表から成っていた。今回のシンポジウム

学賞受賞者の Thomas R. Cech 教授の講演を市民公開講でひとつ感じたことは、ポスター発表の場での議論が演会として開催したことである。公開講演会は、奈良普段の学会と異なり、とてもなじんだ雰囲気でなされ先端科学技術大学院大学との共催としていただき、大ていたことである。同じ領域内の参加者という連帯感学の持っている広報ネットワークを宣伝のために利用がそのような雰囲気をつくり出していたのかも知れなさせていただいた。そのため、6 日の毎日新聞に公開い。

講演会の案内記事が掲載され、その記事に触発されてさて、今回のシンポジウムには多くの海外講演者が参加した方もおられた。一般からの参加者は 10 名で招待されたが、その中で触れておかなければならないあった。第 2 点は若手セッションを設けたことである。のは、やはりノーベル賞受賞者である Thomas Cech 博

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も何かの発見につながるのかも知れない、そう思った
今回のシンポジウム参加であった。東大寺の境内という場所は、そのような思いを馳せる場所として最適だったのかも知れない。
最後に、このようなすばらしいシンポジウムを企画、運営してくださった、片岡先生、藤澤さん、そして同研究室の運営スタッフの方に感謝の気持ちを述べたいと思います。

Thomas R. Cech 博士

楯 真一（広島大学理学研究科・A02 公募研究代表者）

士であろう。Cech 博士には 8 日に市民公開講演を行っていただいたが、その前日の 7 日の懇親会の挨拶で以下のようなことをおっしゃっていた。つまり、「1300

第 5 回国際公開シンポジウムは、新年の改まった雰

年もの歴史があるこの奈良で、時代の最先端をいく科囲気の奈良・東大寺で行われました。新年早々の休日学領域の発表、議論を行うことはとてもすばらしいこであったおかげで、大学の行事に妨げられず気分的にとではないか」というのである。日本人にとって奈良も落ち着いて参加でき、大変に得るものの多い研究会は、修学旅行で定番の日本の史跡の典型であり、あまでした。まずは、オーガナイザー片岡先生のグループりそれ以外の側面を考えない。
しかし、深読みすれば、の方々のご苦労に感謝致します。

Cech 博士は科学の進展も歴史の一部であり、それと奈個人的に特に興味を持った発表について紹介させて良時代がつながっていることを感じ取られていたのでいただきます。領域評価委員 Miller 氏 (Univ. Toronto)はないかと思う。その言葉に私は何かはっとさせられの電子回折ムービーとして分子の動きを原子レベルでるものがあった。

観測する研究は、いつも圧倒されます。今回の発表でしかし、その言葉がさらに意味を持つのはその翌日

は、最近の成果に加えて、研究の動機から最終的にはの市民公開講演の時である。Cech 博士は、自身のリボ何をやりたいのかなどについて、映画のシーンも使いザイムの発見やその反応機構の研究を軸に最新の成果わかりやすく解説していただきました。プレゼンテーも発表されたが、それに加えて RNA が生命の起源のションのお手本のような明快で楽しい発表でした。

物質であるという持論も展開された。生命物質は、自Stadler 氏 (Research Center Jülich) は、中性子線散乱を己を複製できることと生命反応を触媒することの両方用いて細胞内（赤血球）の水やタンパク質の動態を解が要求される。RNA はそのどちらも行うことができる

析する方法について発表されました。細胞内の水のため生命の起源なのではないかと言うのだ。そして現90%はバルクと同じであり、10%程度が水和水に相当

在は進化の過程で自己複製は DNA に、反応触媒は蛋するという結果は、思ったよりも細胞内環境がバルク白質に担い手が変化していったのだと。

溶液に近いことを教えてくれました。同じく中性子線

このメッセージの時にさらにはっとした。というのも前日の懇親会で博士は現在と 1300 年前の繋がりについて話された。しかし、博士は自身の研究の中で、現在と 35 億年前の繋がりについて述べられたのである。この時間スケールに対する思考の広さというか柔軟性はなんとすごいことか。
翻って自分の研究においては、分子の揺らぎに集中し過ぎ、ピコ秒からせいぜい秒オーダーの現象にしか思いを馳せることがない。しかしたまには、自分の研究を“歴史”や“生命誌”と連結して考えてみること

講演会場

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散乱を用いた細胞内タンパク質の拡散速度の定量的解析から、ヘモグロビンは体温近傍で微少な構造変化をすることが示されました。また、そのような構造変化を誘導する温度は、それを保有する生物の体温と相関がありそうだという指摘もありました。微少構造変化の分子的実体については不明なようですが、興味深い現象だと思いました。中性子線散乱を用いた研究の展開を知ることができて印象深い発表でした。
若手研究者発表では、石井氏（理研）の FRET とパポスターセッション

ルスレーザーを巧みに使った 2 次元相関分光法の紹介が印象に残りました。高い時間分解能で大きな振幅をもつタンパク質の運動を追跡する方法として将来発展な研究発表が延々と続いてうんざりする研究会というすると期待させる発表でした。竹内氏（産総研）は、のもあります。
しかし、本領域での研究のほとんどは、分子量の大きなキナーゼを対象とした野心的な研究を独自の手法を開発しながら揺らぎに関わる新しい現象報告されました。アロステリック構造変化による機能を追求するというスタイルのものであり、班会議・シ制御機構の解明に迫ろうとしていますが、NMR のみンポジウムのたびに刺激をうけて、自らも新しい研究では攻めきれない問題も含んでいるようで、シミュに取り組もうという意欲をいただいています。今後もレーションや他の計測技術を併用した研究展開が望まこのような研究会が持続・発展することを切に願ってれるのではないかと思いました。

います。

2 日目の北尾氏（東大）のドメインダイナミックスを解析するための MD 法の報告には大変に興味を持ちました。私自身も、NMR を用いてドメインダイナミッ相沢智康（北海道大学大学院先端生命科学研究院・A03公募研究代表者）クスを解析する研究も進めています。NMR 分光学的パラメーターとして得られるドメイン間揺らぎの情報から、分子構造としての実体を知るには MD の利用は不可欠であると実感しています。北尾氏の提案された新年を迎えた 1 月 7 日、8 日の 2 日間にわたり開催

方法を用いて、私たちの実験結果の解析を進めたいとされた本領域の第 5 回公開シンポジウムに参加させて思いました。

いただいた。
会場となった東大寺総合文化センターは、松本氏（崇城大）のハイブリッドリポソーム(HL)研旧東大寺学園の跡地に昨年建設されたばかりの真新し究に関する包括的な報告は、HL の医学的応用の成果い施設であるが、東大寺の南大門を入ってすぐというを次々と示されて大変に印象に残りました。膜の流動

まさに世界遺産の真ん中という立地であり、東大寺性の違いのみをマークして、がん細胞と正常細胞を明ミュージアムなどが併設されていることや、意匠を凝瞭に見分けるという HL の医学的応用での有用性の確らした金鐘ホールが口頭発表会場であったことなどか

立は、この研究領域の重要な成果として社会にアピーら、奈良という都市のもつ歴史を強く感じながら、生ルできるものだと感じました。

命分子の揺らぎに関する最新の研究成果に触れる、とそのほかには、Cech 博士の市民講座も開催されていう印象深いシンポジウムとなった。

ノーベル賞につながった RNA 研究の歴史から最新の初日の Dwayne Miller 先生のユーモアあふれる講演研究成果まで大変にわかりやすい講演を聴くことがでから始まった 2 日間にわたる招待講演は、多くの海外きました。ポスターでもいくつも興味深い発表があり、からの研究者や本領域で活躍する研究者による非常に十分なポスターセッションの時間の中で何人かの研究幅広い分野に渡るものであったが、生命分子の揺らぎ者と議論させていただき大いに刺激を受けました。

について様々な切り口から取り組む先端の研究の紹介

生物系の研究とは、生物の多様性ゆえ枚挙にはしるはいずれも刺激的なものであった。
2 日目の午後のノーベル化学賞受賞者の Thomas

傾向があり、手法は同じで対象が違うだけというよう

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Cech 先生の講演は一般公開シンポジウムとして開かれたこともあり、基礎的な内容から非常に判りやすく丁寧に、しかしながら熱意をもって講演される先生の姿は非常に印象的であり話に引き込まれた。講演ではRNA が初めて触媒機能をもつ分子として働く事を明らかにしノーベル賞の受賞理由ともなった自己スプラ
イシング RNA に関する研究と、同じく機能性分子として RNA が働くが蛋白質との共同的な作用が重要となっているテロメラーゼについての single-molecule
FRET を用いた最新の研究成果が紹介された。講演内
容は生命の起源に関する仮説にも及び、会場からも多若手招待講演

くの質問がなされた。また、機能性の RNA 分子も揺らぎを持つ分子であるということは明らかなのにもかの 研 究 グ ル ー プ が 提 案 さ れ て い る GroEL に よ る

かわらず、その機能との関連はほとんど明らかではな

フォールディング援助のメカニズムの新しいモデルにい、とのコメントがあり、揺らぎに関しては研究手法関して、それをサポートする single-pair FRET や熱力学の開発と合わせて未知なるテーマが多いことも強く感的解析の結果が紹介された。解析結果は、GroEL の持じさせられた。

つ疎水性残基との相互作用により、変性蛋白質が自発また、印象に残っているのは 1 日目の午後に若手招的フォールディングと比較してよりアンフォールドし待講演という形で行われた、本領域において活躍された状態からフォールディングを開始することを示した

る 4 名の若手研究者による講演である。私が所属する非常に興味深いものであった。すべての若手研究者のA03 班「揺らぎと機能」からも、竹内恒先生と元島史講演において、活発に質問や討論が繰り返され、たい尋先生の講演が行われた。竹内先生からは p38αMAPへん盛り上がりを見せた。

キナーゼにおいて、触媒部位から大きく離れた部位へ

このほか、ポスター発表会場においても、熱心に議の基質の一部分の結合が、触媒部位の揺らぎを制御し論を交わす姿や、共同研究の打ち合わせを進める姿な活性型にコンフォメーション変化させる、という巧みどが数多く見られ、本領域での研究交流が活発に進めな制御機構について NMR 法を駆使して明らかにしたられていることを強く感じ、会場内では新春の奈良の研究成果が発表された。また、元島先生からは、先生肌寒さをすっかり忘れさせられる熱い 2 日間であった。

東大寺南大門での集合写真

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シンポジウム報告
4th Japan-Korea Seminar on Biomolecular Sciences – Experiments and Simulations
性、網羅的変異、Ｘ線結晶構造解析、NMR、FTIR、FRET、

新井宗仁（東京大学総合文化・A02 公募研究代表者）

蛍光イメージング、ニューラルネットワーク、分子動
力学シミュレーション、拡張アンサンブル法、マルコ2012 年 1 月に奈良県の東大寺総合文化センターにて、当新学術領域の公開シンポジウムが開催されましたが、フ・モデル、リガンド・ドッキング、水のダイナミク
ス、機能予測、等々。

その直後の 1 月 9 日（月）から 11 日（水）までの 3

このような発表の多様性は、生体分子科学という研日間、同じ会場にて、標記の国際シンポジウムが開催究分野の多様性を象徴しているように思われます。実されました。これは、分子科学研究所の Asian CORE

際、私たちの新学術領域にも３つの班があり、各班のprogram の主催、当新学術領域の共催によって開催さ中には、多様な研究テーマが存在しています。現在のれたものであり、桑島邦博教授（岡崎統合バイオ、A03

生体分子科学には、生物学のみでなく、物理学、化学、計画研究代表者）、片岡幹雄教授（奈良先端大、A02

情報学、数学、医学、薬学などの様々な分野の実験的・計画研究代表者）、Jooyoung Lee 教授（KIAS）、および、理論的研究が必要です。その中から、全体にわたる基Hawoong Jeong 教授（KAIST）がオーガナイザーでし

本概念や共通認識を抽出することはとても大切なことた。また、当新学術領域から約 10 人の研究者が参加しですが、同時にそれはとても難しいことだと思います。

ました。

しかし、多様な分野の研究者が一堂に会して、お互いこのシンポジウムは、これまでに日本と韓国で交互の研究を紹介し、自分なりの物の見方を語ることにに開催されており、今年で 4 回目でした。約 40 件の口

よって、少しずつ共通認識へと近づいていくのではな

頭発表（各 25 分程度）があり、日本と韓国の生体分子いかと思われます。その際に、キーワードがあると議科学の研究者がそれぞれ約 20 件ずつの発表を行いま論しやすいですが、「揺らぎ」という言葉は、そのようした。発表は、日本からと韓国からの発表が交互に行なキーワードとして最適であり、現代の生体分子科学われるように配慮されていました。また、実験系と理から得られつつある描像を端的に表すものであると感論系の発表が半数ずつありました。1 日目は主に理論じています。

系、2 日目は主に実験系の講演が多かったですが、理

この日韓セミナーは、来年 2 月 25–27 日に第 5 回目

論系・実験系の研究者が互いの発表に対して積極的にが韓国で開催予定になっています。このような会議を質問していたのが印象的でした。

通して、「揺らぎ」の次のキーワードへの手がかりが得

お昼休みが毎日 2 時間あったので、食事のあとに東られることを期待したいと思います。

大寺などに行く時間もありました。また、私は参加しなかったのですが、奈良県ビジターズビューローのサポートにより、最終日の午後に、法隆寺や唐招提寺へのエクスカージョンもありました。さらに、夜にはカラオケに行って、日韓の親交を深めた方々もいらっしゃいました。韓国からの皆さんのみでなく、国内の研究者にとっても楽しい時間を過ごすことができたのではないかと思います。
研究発表の内容は非常に多岐にわたっており、一言で言い表すことができないほどでした。キーワードだ
け並べていきますと、タンパク質のフォールディング
東大寺南大門の前にて機構、タンパク質のダイナミクス、天然変性タンパク質、モルテン・グロビュール状態、タンパク質の安定7

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「 Dynamic structural

水口峰之（富山大学大学院・A03 公募研究代表者）

changesof the intrinsicallydisordered protein PQBP-1」のタイトルで講演を行いました。

標記のセミナーが 2012 年 1 月 9 日～11 日に東大寺

また、桑島研究室（岡崎統合バイオ）の中村敬先生
が 「 Structure and biological function of anti-tumor

総合文化センターにおいて開催されました。
このセミナーは、日本の分子科学研究所、韓国のcomplexes between oleic acid and proteins in the molten

KIAS (Korea Institute for Advanced Study) と KAIST

globule state」、真壁幸樹先生が「Structural insights into

(Korea Advanced Institute of Science and Technology)の共

the stability perturbations by N-terminal variations in同セミナーです。2009 年から始まった本セミナーは今

human and goat α-lactalbumin」、加藤研究室（岡崎統合回で 4 回目になります。

バ イ オ ） の 矢 木 真 穂 先 生 が 「 Spectroscopiccharacterization

新学術領域研究「揺らぎと生体機能」の計画班から、ofconformationaltransitionsof以下の６件のご講演がありました。岡本祐幸先生がmembrane-binding peptides upon their specific interactions「Generalized-ensemble simulations for protein folding,with glycolipids」について講演を行いました。

unfolding, and ligand binding」、加藤晃一先生が「Protein

3 日間で合計 40 件の講演が行われましたが、シミュ

dynamics in the ubiquitin-proteasome system」、片岡幹雄

レーション中心の講演（17 件）と実験中心の講演（23先生が「Molecular anatomy of staphylococcal nuclease」、件）が程良くミックスされたプログラムでした。
また、

芳坂貴弘先生が「Site-specific incorporation of fluorescent

いずれの講演も先進的であり、終始活発な討論が行わ

nonnatural amino acids into proteins and its application toれました。

FRET analysis of protein structure」、桑島邦博先生が会場の周辺には、東大寺、春日神社、奈良国立博物「 Some remaining questions about the mechanism of館、興福寺などがあり、昼休みを利用して観光を楽し

protein folding 」、 平 田 文 男 先 生 が 「 Exploring lifeんだ参加者も多かったようです。また、3 日目の午後

phenomena with a statistical mechanics of molecularには法隆寺などを巡るエクスカーションもありました。

solution」のタイトルでご講演されました。

最後に、このような刺激的なセミナーを主催してく公募班からは、西村千秋先生が「Fluctuating structures

ださった桑島 先生、片岡先生、 Jooyoung Lee 先 生

during the folding events of apomyoglobin: non-native（KIAS）、Hawoong Jeong 先生（KAIST）に感謝いたしstructure in the intermediate」、新井宗仁先生が「Molecularます。

recognition by intrinsically disordered proteins」、著者がエクスカーションでの集合写真

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