「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 3226 July, 2011
業績紹介：非天然構造を持つ折りたたみ中間体の役割の研究
櫻井一正（大阪大学蛋白質研究所・A01 公募研究代表者）

ともと提案されていたβLG の折り畳み過程は、初期段階でまず C 末端側の β 構造が形成し、続く相で N 末端側の β 構造が形成するというものである(図 B)[1]。こ論 文 題 目 ： "A circumventing role for the non-native

こで、C 末端側と N 末端側で β シートが同時に形成すintermediate in the folding of β-lactoglobulin"

ると間違った組み合わせでの β シート水素結合や側鎖

著 者 ： Kazumasa Sakurai, Shunsuke Fujioka, Tsuyoshi

パッキングが起こり、天然状態に至るまで時間がかか

Konuma, Masanori Yagi, and Yuji Goto

るのではないかと考えられる(図 C)。N 末端側の α ヘ

雑誌巻号：Biochemistry 50, 6498-6507 (2011)

リックス形成能は、C 末端側で β シートを形成している間、N 末端側でのシート形成を抑え、いわば交通整理のように C 末端側と N 末端側の β シート形成を時間

タンパク質の中には、その折り畳み反応中に非天然の構造を持った中間体が見られるものがある。ウシ β差で起こさせる効果があると考えられる。

ラクトグロブリン（βLG）も折り畳み初期に非天然 α
ヘリックス構造を持った中間体が現れることが知られている。しかしシンプルな郷モデルでは、このような非天然構造の中間体の意義を説明することが難しい。
そこで、私たちは変異を導入することでこの中間体の構造を変化させ、それにより折り畳み反応がどのように変化するかを調べることで、非天然中間体の意義を調べることを目指した。
βLG は主に β シートから成るタンパク質だが、アミノ酸配列の二次構造予測からは N 末端側で α 構造が好まれることがわかり、この性質が非天然構造形成の駆動力となっていると考えられる。そこで我々は、このN 末端領域で α 構造性及び β 構造性を上昇させるような変異（それぞれ G17E、E44L）を導入した。大腸菌で発現させ、中間体構造の二次構造含量を CD スペク
トルから見積もったところ、G17E と E44L ではそれぞれ α 構造、β 構造が増えており、意図した構造の変化を与えられたことが確認できた。
これらの変異体の折り畳みのキネティクスを観測したところ以下のような結果を得た。まず G17E は、中間体形成相の速度に変化はなかったが、著しく天然構

今後筆者はこの折り畳み中間体状態に着目し、各変造が不安定化しており、折り畳み反応条件下では天然

異体の中間体の残余構造やダイナミクスを NMR を用構造に到達しなかった。一方 E44L では、天然状態とい残基レベルで調べる予定である。そして中間体の性同程度の β 構造が中間体形成相で形成されるものの、質と、とられる折り畳み経路の間にどのような関連性

天然構造形成相は野生型に比べ 10 倍ほど遅くなってがあるのかを調べていきたいと考えている。

いることが分かった。
これらの結果から考えられることは、非天然 α ヘ

参考文献[1] K. Kuwata et al., Nat. Struct. Biol. 8, 151-155 (2001).

リックス構造形成は、以降に続く天然構造形成をス
ムーズに進行させる効果があるということである。も1「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 3226 July, 2011
業績紹介：ジヒドロ葉酸還元酵素はマイクロ秒時間域においてサブドメインごとにフォールディングする
新井宗仁（東京大学総合文化・A02 公募研究代表者）

蛍光寿命から求めることにより、DHFR のフォール
ディング反応に伴う Trp-IAEDANS 間距離の変化を測定した。その結果、フォールディング開始後 35 µs に

論 文 題 目 ： "Microsecond subdomain folding in

おいて、ABD はコンパクトな構造を形成するのに対し、dihydrofolate reductase"

DLD は広がったままだった。その後、550 µs の緩和時

著 者 ： Munehito Arai, Masahiro Iwakura, C. Robert

間で DLD がコンパクト化する過程が観測された。

Matthews, and Osman Bilsel

以上の結果から、DHFR のフォールディング反応機

雑誌巻号：J. Mol. Biol. 410, 329-342 (2011)

構は次のモデルで説明できる（図）。まず、35 µs 以内に ABD がコンパクトになり、次いで 550 µs で DLD が球状蛋白質のフォールディング反応過程は、酵素な

コンパクト化して、モルテン・グロビュール状の中間どが機能を発現するために必須のグローバルな揺らぎ

体を形成する。その後、200 ms のフェーズで ABD がである。100 残基以下の小さな蛋白質のフォールディ

更に構造化したあと、1 ~ 100 sec のフェーズでサブドング機構は明らかになりつつあるが、サブドメインをメイン間のドッキングが起きて天然構造に至る。この複数持つ大きな蛋白質のフォールディング反応機構のように、DHFR は、サブドメインごとにフォールディ

詳細は未解明である。特に、反応開始後から数ミリ秒ングしていく。

以内に起きるプロセスの計測はチャレンジングである。

DLD は N 末端側と C 末端側の領域が集まって形成

ジヒドロ葉酸還元酵素（DHFR）は 159 残基のα/βされるのに対し、ABD は連続的につながった領域から型蛋白質であり、ループサブドメイン（DLD）とアデなる。連続した領域のほうが先に構造形成するというノシン結合サブドメイン（ABD）の２つの領域からな

事実は、鎖のエントロピーがフォールディング反応にる（図）。これまでに我々は、連続フローX 線溶液散乱

おける活性化障壁であることを示唆する。これは、小法により、フォールディング反応開始後 300 µs 以内に、

さい蛋白質のフォールディングにおける活性化障壁がDHFR がコンパクトで球状の中間体を形成することを鎖のエントロピーであること（コンタクト・オーダー

明らかにしている[1]。今回、時間・空間分解能を更にが小さいほどフォールディング速度が速いこと）と共向上させ、各サブドメインがマイクロ秒時間域でどの通した特徴である。

ようにフォールディングするのかを明らかにするために、連続フロー高速反応開始法とトリプトファンの蛍光寿命測定を組み合わせた実験を行った。この手法は、フォールディング反応軸上の各時間（µs オーダー）に
おいて、トリプトファンの蛍光寿命（ns オーダー）を測定するという double kinetics の測定である。蛍光寿
命は時間相関単一光子計測（TCSPC）法で測定した。
これにより、35 µs の dead time で、DHFR のフォール
ディング反応に伴うトリプトファン蛍光寿命の変化を追跡することができた。その結果、550 µs の緩和時間

図： DHFR はサブドメインごとにフォールディング

で、トリプトファンが溶媒から隔離されて蛋白質分子

していく（太矢印の過程で各サブドメインが構造形成）。

中に埋もれる様子が観測された。
また、DHFR の DLD もしくは ABD にアクセプター

参考文献

IAEDANS を導入した変異体を作成し、トリプトファ[1] M. Arai et al., J. Mol. Biol. 368, 219-229 (2007).

ンから IAEDANS への蛍光エネルギー移動（FRET）を2

「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 3226 July, 2011
業績紹介：新規ハイブリッドリポソーム(DMPC/DHA)のヒト大腸がん肝転移モデルマウスに対する治療効果
上岡龍一（崇城大応用生命科学・A03 計画研究代表者）
論 文 題 目 ： "Therapeutic effects of hybrid liposomes
composed of phosphatidylcholine and docosahexaenoic
acid on the hepatic metastasis of colon carcinoma alongwith apoptosis in vivo"
著者：Hideaki Ichihara, Keiko Zako, Yuji Komizu, Koichi
Goto, Ryuichi Ueoka
雑誌巻号：Biol. Pharm. Bull., 34, 901-905 (2011).
新規 HL(50mol%DMPC/50mol%DHA)の大腸がん肝転移モデルマウスに対する治療効果
A:正常マウス，B:未治療群，C:DMPC 治療群，D: 新規 HL(50mol%DMPC/50mol%DHA)治療群
図1

ドコサヘキサエン酸(DHA)は、炭素数が 22、不飽和結合が 6 の n-3 系の直鎖の多価不飽和脂肪酸で、エイ
コサペンタエン酸(EPA)と同様、主に魚油に含まれる必須脂肪酸の一つである。最近、DHA や EPA などの長鎖不飽和脂肪酸を日常的に摂取することで、動脈硬化予防、抗アレルギー、発がん抑制などの報告があり、注目が集まっている。
一方、筆者らが創製したハイブリッドリポソーム(HL)は[1]、HL のみで種々のヒトがん細胞に対し増殖抑制効果を示し、アポトーシスを誘導することが明らかになっている[2]。in vivo において、担がんマウスを用いた治療実験から延命効果が得られ[3]、正常動物を用いた安全性試験で副作用が無いことが確認されている[4]。生命倫理委員会承認後の悪性リンパ腫患者に対する臨床試験において、高い安全性および延命効果が③ 新規 HL(DMPC/DHA)の大腸がん肝転移モデル
マウスに対する in vivo における治療効果を HE 染色お
よび Oil Red 染色により組織学的に検討した。未治療のコントロールにおいては、大腸がん細胞の腫瘍の増大と肝機能低下による肝臓内への脂肪の蓄積が確認された。一方、新規 HL(DMPC/DHA)治療群では、転移病巣の縮小がみられるともに、脂質代謝が回復する肝機能の著しい回復が確認された。
④ 肝臓切片を TUNEL 染色し、アポトーシス誘導メカニズムを検討したところ、新規 HL(DMPC/DHA)
治療群は、アポトーシス誘導により治療効果を示すことが明らかになった。
⑤ 大腸がんの肝転移モデルマウスに対する新規
HL(DMPC/DHA)の延命効果を検討した。未治療のコン
トロール群の平均生存日数は、27.0 日であるのに対し、
新規 HL(DMPC/DHA)治療群では、37.2 日(p < 0.01)であ得られている[5]。
本研究では、リン脂質(DMPC)および DHA からなる
新規の HL(50mol%DMPC/50mol%DHA)を用い、ヒト大腸がん細胞(HCT116)細胞の肝転移モデルマウスに対する治療効果について in vivo で検討した。以下に得られた興味深い知見を示す。
① 新規 HL(DMPC/DHA)は、膜直径 100 nm 以下で
1 カ月以上安定であり、生体内投与した際に最適なサ

り、顕著な延命効果が確認できた。
以上のように、HCT116 細胞の肝転移モデルマウス
に対して、新規 HL(DMPC/DHA)による顕著な治療効
果が in vivo において確認された。将来、ヒト大腸がんに対する新しい化学療法として、臨床応用が期待できる。

イズで、臨床応用に適していることが明らかになった。
② 新規 HL(DMPC/DHA)の大腸がん肝転移モデル
マウスに対する in vivo における治療効果を検討した。
臓器重量および肝臓剖検において、未治療のコントロールにおいては、大腸がん細胞の肝転移部における腫瘍増加が、剖検および臓器重量において確認された。
一方、新規 HL(DMPC/DHA)治療群では、がん細胞を移植していない正常マウスと同様の状態の肝臓まで回

参考文献[1] R. Ueoka et al., J. Am. Chem. Soc., 110, 1588-1595(1988). [2] Y. Matsumoto et al., Int. J. Cancer, 115,
377-382 (2005). [3] H. Ichihara et. al., Int. J. Pharm., 394,
174–178 (2010). [4] H. Nagami et. al., Int. J. Pharm., 315,
167-172 (2006). [5] H. Ichihara et al., Anticancer Res., 28,
1187-1196 (2008).

復する顕著な治療効果が確認された（図 1）。

3

「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 3226 July, 2011
業績紹介：ハイブリッドリポソームの再生医療分野への応用に関する基礎研究松下 琢（崇城大応用生命科学・班友）上岡龍一（崇城大応用生命科学・A03 計画研究代表者）

細胞だけに選択的に蓄積することによって、がん細胞にアポトーシスを誘導することである2)。
そこで、本研究では、幹細胞の安全な培養技術の確立を目標に、この HL の正常細胞とがん細胞の高い選択性に着目し、ヒト胎児肝細胞から肝芽細胞を誘導する際に出現する形質転換細胞を、HL を用いて選択的

論文題目："ハイブリッドリポソームを用いた形質転換に除去することを試みた。その結果、この肝芽細胞の肝幹細胞の選択的排除に関する基礎研究"

誘導時に、0.33mM のハイブリッドリポソーム(HL23)

著者：押方 歩, 宮﨑龍介, 松下 琢, 上岡龍一

を 96 時間処理することによって、PIVKA-Ⅱ産出速度

雑誌巻号：YAKUGAKU ZASSHI. 131, 757-763 (2011)が減少するとともに、軟寒天中でのコロニー形成数も大幅に減少した（図参照）。
どちらの形質転換の指標も、

現在、iPS 細胞や ES 細胞、各種臓器幹細胞を利用しSB 無処理のコントロール細胞よりも低い値となり、た再生医療が、新しい医療として大変注目されている。

HL23 による形質転換細胞の選択的除去がなされたこ

これらの幹細胞を細胞移植治療に応用する際には、生とが示唆された。

体外で種々の方法で目的の細胞へ分化誘導したのちに現在、iPS 細胞の安全性の確保に向けた研究として、移植するということが一般的に考えられる。しかし、iPS 細胞の導入因子の検討や、ベクターの改良など、この際に、未分化な細胞や、形質転換を引き起こした

様々な試みがなされている。本研究は、その中で、こ細胞が混入した場合、細胞移植後に異常増殖して、腫れらの細胞の生体外での培養中に出現しうる形質転換

瘍を形成するリスクがある。これを未然に防ぐために細胞を、HL23 を培養液中に添加することによって、は、腫瘍を形成する可能性がある細胞を、事前に選択

選択的かつ積極的に除去できる可能性を示したもので的に排除する方法が重要であり、幹細胞を用いた再生あり、幹細胞の品質保証、安全性確保の方法の一つと医療を安全な医療技術とするためには、これらの確立

して、その利用が大いに期待されるものである。

が必要となってくる。

A

B

C

D

一方、これまで、我々は、肝幹細胞の一種である肝芽細胞に着目し、未分化の細胞集団である正常ヒト胎児肝細胞から、肝芽細胞を効率よく誘導する条件の検100μm

討を行ってきた 1)。その結果、酪酸ナトリウム(Sodium
Butyrate; SB)が、肝芽細胞の有効な誘導剤になること

E
Colony counts [colonies/35mm dish]を発見した 1)。しかしその際、SB 濃度依存的に、肝腫瘍マーカーである異常プロトロンビン(PIVKA-Ⅱ)の分泌量が増大することも同時に見出した。また、軟寒
天中でもコロニーが形成されたことから、肝芽細胞の培養中に、腫瘍原性を有する形質転換幹細胞が出現することが示唆された（図参照）。
上岡らが開発したハイブリッドリポソーム(HL)は、

100μm
Control+0.33mM
HL23 for 96hr

Control

200

1mM SB

1mM SB+ 0.33mM
HL23 for 96hr*

Cell density：2×104cells/35mm dish(Magnification×4)

169
150

100

50

39
12

0

リン脂質などのベシクル分子とミセル界面活性剤を緩Control(n=4)

Control+0.33mM HL23

(n=2)

5
1mM SB(n=4)

1mM SB+
0.33mM HL23(n=4)

衝溶液中で超音波照射することで容易に得られ、膜直図 軟寒天中で形成されたコロニー数（腫瘍原性試験）

径、膜流動性などのコントロールが可能な生体適合性

A：contol、B：control+HL23、C：誘導された肝幹細胞、に優れた医用素材である。これまでの本ニュースレ

D：誘導された肝幹細胞+HL23、E：各コロニー数

ターでも紹介されてきたように、HLは、in vitro及びin

参考文献

vivoにおいて各種がん細胞に対して増殖抑制効果を示[1] A.Kiyota et al., Biol.Pharm.Bull., 30, 2308-11 (2007).

し、アポトーシスを誘導することも明らかなっており、臨床応用も進んでいる。このようなHLの特徴の一つは、正常細胞とがん細胞の膜流動性の違いを認識し、がん

4[2] K.Nakano et al., Bioorg.Med.Chem.Lett., 12, 3251-54(2002).

「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No.32
26 July, 201１
業績紹介：ハイブリッドリポソームのヒト成人Ｔ細胞白血病細胞に対するアポトーシス誘導検討した。蛍光脂質含有 HL-21 を調製し、ATL 細胞に

上岡龍一（崇城大応用生命科学・A03 計画研究代表者）
岡田誠治（熊本大エイズ研究センター・A03 公募研究代表者）

加え、FACS により細胞あたりの蛍光強度を検出した。
その結果、HL-21 処理した ATL 細胞に蛍光蓄積量の増大が観測され、正常末梢血単核球 (PBMCs) にはほとんど蓄積しなかった。興味深いことに、HL-21 の融合
蓄積量と細胞膜の流動性との間に良好な相関性を示し(図 1B)、“膜の揺らぎ(流動性)”が大きな細胞ほど、

論文題目：“Selective accumulation of hybrid liposomes

HL-21 の蛍光蓄積が増大することが分かった。

into adult T-cell leukemia cells along with induction of

以上の結果より、HL-21 は、揺らぎの大きな ATL 細apoptosis”

胞膜に対して、特異的に融合蓄積し、アポトーシスを著者：Yuji Komizu, Mamiko Yukihara, Ryushou Kariya,

誘導することを初めて明らかにした。今後、ATL 細胞

Koichi Goto, Seiji Okada, Ryuichi Ueokaを移植した免疫不全マウスに対する HL の治療効果を

雑 誌 巻 号 ： Bioorg. Med. Chem. Lett., 21, 3962-3965

検討する予定である。
A(2011).

Hybrid liposome(DMPC/C12(EO) n)

成人Ｔ細胞白血病(adult T-cell leukemia, ATL)は、Caspase-3

Treatment

HTLV-Ⅰ(ヒトＴ細胞白血病ウイルスⅠ型)の感染が原因となるＴ細胞の悪性腫瘍疾患であり、日本の九州地

O
O

方やカリブ海沿岸諸国で多発している。HTLV-Ⅰ感染者の大多数は無症候であるが、ごく一部が ATL を発症

O

O
H

O
P

O

O

DMPC

O
O

する。そのため、ATL に対する安全で効果的な新しいB治療薬の開発が急務となっている。

Mean-fluorescence intensity (-)

により調製でき、HL 自身がアポトーシス誘導型の制がん効果を示すこと、その制がんメカニズムに“HLの揺らぎ(流動性)”や“がん細胞膜の揺らぎ”が重要であることを報告している［2, 3］。
本研究では、リン脂質 (DMPC) および PEG 系界面活性剤 C12(EO)n からなるハイブリッドリポソームnH

ATL (MT-2) cells

C12(EO)n: n=21, 23, 25

180

ハイブリッドリポソーム(HL)[1]は、リン脂質とミセル系界面活性剤を緩衝水溶液中で超音波処理すること

O

10µ m

+
N

●: MT-4▲: MT-2■: PBMCs

150
120(HL-n; n = 21, 23, 25) を用い、HL-n の ATL に対する in

90
60
30
0

vitro での増殖抑制およびアポトーシス誘導について検

0.12

討した。

0.16

0.20

0.24

0.28

P

まず、HL-n の増殖抑制に関し、HL-21 は、ATL 細胞

図1 HLのATL細胞に対する増殖抑制メカニズムA) HLのATL細胞に対するアポトーシス誘導の蛍光顕微鏡観察、B) HLの融合蓄積量(Mean-fluoresence
intensity)と膜流動性(P)との相関性。

株 (MT-2, MT-4) に対して、最も効果的に細胞増殖を抑えることを in vitro で明らかにした。
次に、ATL の細胞死を形態学的・生化学的に検証したところ、HL-n は、ATL 細胞に対して、カスペース-3

参考文献

活性を経てアポトーシスを誘導することを明らかにし[1] R. Ueoka et al., J. Am. Chem. Soc., 110, 1588-1595 (1988).

た(図１A)。

[2]Y. Komizu et al., Bioorg. Med. Chem. Lett., 16, 6131-6134

さらに、ATL 細胞に対する HL の融合蓄積について(2006).
[3]Y. Komizu et al., ACS. Med. Chem. Lett., 2, 275–279 (2011).

5

「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 3226 July, 2011
業績紹介：シャペロニン GroEL への MgATP2−結合２分子過程の分析
ピーは拡散律速過程に期待される値（~4 kcal/mol）よ桑島邦博（岡崎統合バイオサイエンスセンター・A03
計画研究代表者）

りも十分大きいことを見出した。結合反応はまず、
MgATP2−と GroEL の遭遇複合体が素早く形成され、その後に高いエンタルピー障壁を越えると考えられる。
GroELの ATP 結合部位と遊離 MgATP2−の周りには水和

論文題目："Dissecting a Bimolecular Process of MgATP2−

水が存在し、複合体の形成にともなって、これらが脱Binding to the Chaperonin GroEL"

水和する必要がある。この脱水和過程において大きな

著者：J. Chen, K. Makabe, T. Nakamura, T. Inobe, and K.

エンタルピーコストが発生すると考えられる（図２）。

Kuwajima

また、自由エネルギーおよび活性化自由エネルギーの雑誌巻号：J. Mol. Biol. 410, 341-356 (2011).

K+濃度依存性からΦ値解析を行い、遷移状態では K+がまだ結合していないことも明らかとなった。

大腸菌由来シャペロニン GroEL は二つの 7 量体リン
グが背中合わせに重なった 14 量体の蛋白質超分子複合体である。ATP 依存的な、基質蛋白質やコシャペロ
ニン GroES への結合力の調節はシャペロン機能の発現に必須であり、この調節は協同的なアロステリック転移によって起こる。GroEL のアロステリック転移についてはこれまでも平衡論的および速度論的な研究が広く行われてきた。しかしながら、アロステリック転移に先立って起こる、MgATP2−が GroEL へ結合する最初の二分子過程については明確になっていなかった。
本研究では MgATP2− の結合過程を GroEL 変異体（Y485W）を用いて測定し、その詳細な解析を行った。

図 1 見かけの速度定数および蛍光強度変化量（枠内）の MgATP2-濃度依存性。

K+非存在かつ 4~5°C ではアロステリック転移および、それに引き続く ATP の加水分解は停止している。この
条件では純粋な MgATP2−の結合過程のみが観察できる。
トリプトファン蛍光によるストップトフロー測定により、MgATP2−と GroEL の急速混合を行い、結合反応が非協同的な二分子過程であることが明らかになり（kon= 9.14×104 M−1s−1、 koff = 14.2 s-1）
、その結合定数はKb =6.4×103 M−1 であった（図１）。我々はまた、等温
滴定型熱量計を用いて MgATP2−の GroEL への結合等
温線を測定し、Kb = 9.5×103 M−1 を得た（結合の化学量
論比 6.6）。ストップトフロー測定で得られた結合定数

図 2 MgATP2−の GroEL への結合過程の模式図。初めに形成された遭遇複合体（P*L）が高い活性化エンタルピーを持つ遷移状態（PL‡）を経て最終複合体（PL）を形成する。GroEL の結合部位を緑の線、ATP を灰色の実体球模型、Mg2+を赤い球、K+を黄色い球で表した。

と等温滴定型熱量計を用いて得られた結合定数はよく一致していた。結合速度定数の温度依存性からアイリ
ング・プロットを行い、活性化エンタルピーを求めた
ところ、14-16 kcal/mol であった。
以上の結果から、MgATP2−の GroEL への結合は非協調的な二分子過程で起こり、結合の活性化エンタル

6「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 3226 July, 2011
業績紹介：シャペロニンフォールディング反応の新規中間体の発見
我々が提示した反応スキームを図 2 に示す。GroEL

元島史尋（京都産業大・A03 公募研究代表者）に結合した変性タンパク質は GroES と ATP の結合により形成された空洞内に閉じ込められる。変性タンパク

論文題目："Polypeptide in the chaperonin cage partly

質は空洞内で GroEL と相互作用するが、かなり自由に

protrudes out and then folds inside or escapes outside"

構造変化できると考えられる(D)。空洞内への解離は部

著者：Fumihiro Motojima and Masasuke Yoshida

分的な構造を保持した中間体(T)の形成に伴って起こ

雑誌巻号：EMBO J. 29, 4008-4019 (2010)

ると考えられる (in-cage release, 赤)。このような中間状 態 は 速 や か に ネ イ テ ィ ブ 状 態 (N) を 形 成 す る【概要】大腸菌の分子シャペロンの一つ、シャペロニ(in-cage folding)。一方、空洞外に解離(natural escape,ン(GroEL/GroES)は変性タンパク質を空洞に閉じ込め水色)した変性タンパク質(E)は自発的フォールディンてそのフォールディングを援助する。これまでシャペグする(out-of-cage folding)。

ロニン空洞内部へのタンパク質の隔離がフォールディ

このフレキシブルな新規中間体の形成によってシャングの援助に重要だと考えられてきた。しかし、我々

ペロニンによる効率的なフォールディングが可能にな

は空洞内の変性タンパク質は空洞内でフォールディンると予想されている。

グするが、空洞外への解離も同時に起こることを発見した。一連 の結果から空洞内の変性タ ンパク質はkassisted=0.087 min-1

A100

native 構造を形成する直前まで GroEL と相互作用して

kin-cage=0.11 min-1

いることが示された。空洞内でのタンパク質とシャペ

D
I

80

rhodanese activity (%)

ロニンの結合がフォールディング援助に重要な役割を果たすことが示唆された。
【結果】我々は GroEL の変異体、single-ring D398A 変
異 体 (SR398) に よ る 変 性 タ ン パ ク 質 (rhodanese) のフォールディングが、どの時点においても空洞の外から 加 え ら れ た抗 rhodanese 抗 体 に よ って 速 や かに

60

Skspont=0.13 min-1

40

kout-of-cage=0.10, 0.13 min-1
20

O
L

0

フォールディングが阻害されることを見いだした。ま

0

20

40

60

time (min)た rhodanese の 15%は自発的に空洞の外へ遊離した後、自発的にフォールドしていることもわかった（図 1, O）。

図 1．空洞内フォールディング(D, I)と空洞外フォール

これらの結果から、空洞内の変性タンパク質は常に空ディング(O)。

洞外部に露出するほど変性した状態であることがわかった。

chaperonin assisted folding

このような変性状態を維持するために、変性タンパ

in-cage folding

rapid

ク質がシャペロニンと結合していると予想された。実in-cagereleaseGroES際、rhodanese は GroEL サブユニット同士の界面付近に導入したシステイン残基と効率よくジスルフィド結

?

N

T

+ATP

合を形成したことから、この領域に変性タンパク質が結合していると考えられた。

naturalescapeGroEL

これらの結果は rhodanese だけでなく、マウス由来

spontaneousfolding

D
E

DHFR, 藍藻由来 rubisco についても得られており、基out-of-cage folding

質タンパク質によらないユニバーサルな事象であるこ

図 2．新しいフォールディング反応モデルとを示している。

7N

「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 3226 July, 2011
「揺らぎと生体機能」平成 23 年度合同班会議報告加藤晃一（自然科学研究機構・A01 計画研究代表者）

次世代の科学を担う若手が、本班会議への参加を通じて、異分野間での人的交流を深め、先端的な生命分子科学に新しい息吹を吹き込む光景を目の当たりできた

新学術領域研究「揺らぎと生体機能」の平成 23 年度合同班会議が、
平成 23 年 6 月 26 日（日）から 29

ことは、世話人として何ものにも勝る大きな喜びであった。
最後に、遠路にもかかわらず本班会議に参加された日（水）の日程で、北海道夕張市

皆様、会議の準備と運営のお手伝いをいただいた事務のゆうばりホテルシューパロにお局の藤澤さんならびに会場スタッフの皆様に感謝申しいて開催された。本会議には、本上げます。

年度から新たに加わった公募班員を含む A01～A03 の計画・公募研究の研究代表者 43 名、評価委員の北川禎三先生、榊 茂好先生、中原 勝先生に加え、岸本直樹学術調査官、8 名の班友、さらに各研究グループに所属する研究員・大学院生・学部学生 37 名の参加を得て、総計 92 名の参加者が一堂に会した。
かつては炭鉱都市として盛え、現在はメロンの産地として名高い夕張市は、千歳空港から自動車で 1 時間
ほどで、班会議の会場は「ゆうばり国際ファンタス
ティック映画祭」の会場としても知られている。参加者の多くは 26 日午後に空港からの送迎バスで会場に会議風景。92 名が参加し、4 日間にわたって研究発表が行われた。

到着し、4 日間にわたる班会議の幕は開いた。
研究発表に先駆けて、
寺嶋領域代表より挨拶があり、櫻井一正（大阪大学蛋白質研究所・A01 公募研究代表者）

新たなメンバーに向けて本新学術領域の理念と目標が述べられ、これまでの活動・成果の総括と今後のさらなる発展に向けた方針が説明された。引き続く研究発

平成 23 年 6 月 26 日から 6 月 29

表では、班員・班友がこれまでの研究成果と今後の研日まで行われた新学術領域揺ら究計画を続々と披露された。発表内容の紹介は、櫻井ぎと生体機能の班会議に参加し先生、寺内先生、竹内先生による報告記事に譲るが、た。会議場所は北海道夕張市のホ研究レベルは確実に向上しているという感想をいずれ

テルシューパロで（そもそも夕張の評価委員の先生方からもいただき、また「揺らぎ」の語源は鉱泉のわき出るところという漠たる概念にまつわる研究の成果が、本領域のという意味のアイヌ語のユーパロで、シューパロとは中で明確な方向性をもって結実しつつあるという声もそれに、「源の」と言う意味である「シ」をつけた「シ・聞かれた。

ユーパロ」からきており、夕張川の本流という意味ら熱心な発表と質疑はともすれば所定の発表時間（班しい）、新千歳空港からバスで一時間ほどの、広大な畑員 20 分間、班友 15 分間）の中では収まらず、コーヒーの地帯を抜けた谷あいにあった。夕張の町は、その知ブレークや夜の自由討論の場でも熱い討議が繰り広げ名度とは対照的にとても小さく静かな環境であった。

られた。今回の班会議では特に学生を含む若手の活発そのため集中的に各班員の発表を聞き、お互いに議論な議論が目を引いた。
自由討論の会場で、若手同士が、し合い、親睦を深めることができた。

あるいは老若男女が車座になって夜遅くまで議論を繰り広げるということが班会議の大きな醍醐味であろう。

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今年度からの本学術新領域の構成員の全体的な印象
として、分光法やその他の手法で“揺らぎ”の検出を

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行っている研究者、計算機科学の研究者、膜の物性やルス重水素交換を用いた変異体アポミオグロビンの治療への応用に携わっている研究者などが含まれておフォールディング中間体構造の解析とがあった。A02

り、分野が多岐に渡っているものの、お互いの分野が班、A03 班にも NMR を用いた研究をされている方が相補的に関連しており、多くの共同研究が期待される多かったが、どの方も NMR の様々な手法を駆使してバランスのとれた構成のように感じた。

蛋白質の構造変化を詳細に研究されており、筆者も私の参画している A01 班の班員と同時間帯の班友のNMR を主に用いていることから、勉強になる部分が方の発表内容についてもう少し詳細に述べたい。A01

非常に多かった。

班の構成員は京大の寺島領域代表を班長とした 16 名

第三のグループは、膜分子の熱力学や流動性を研究であり「揺らぎ検出」というグループ名の通り、独自されている方のグループである。岩田先生(学習院大)の揺らぎ検出の方法を確立、発展されている実験家と、のスチルベン分子を蛍光プローブとした時間分解分光

コンピュータシミュレーションによって蛋白質の揺ら法による脂質二重膜内の熱拡散の観察、笹原先生(神戸ぎの挙動を再現、理解しようとされている計算機科学大)のアミロイドβ線維による脂質二重膜破壊の顕微者が参画した。

鏡観察、山村先生(筑波大)の断熱型熱量計を用いた相実験家のメンバーの発表を私なりの観点で 3 つのグ変化に伴う膜分子のコンフォメーション変化の研究がループに分けてご紹介したい。第一のグループとしてあった。私自身膜についての知識が乏しかったため、独自の計測法とデータの解析法を確立されている先生

膜の研究法について非常に勉強になったともに、A02、方である。簡単にテーマを列挙させていただくと、寺A03 班と発表を聞くに従って本領域での膜の研究が非島先生の Transient Grating による構造変化に伴う熱力

常に重要な意義を占めていることを強く認識した。

学パラメータの解析、林先生(東北大)による外力場存

計算機科学の分野からは以下の 4 名の先生方が参画在下での F1-ATP 運動における Giant acceleration 現象のされた。
高田先生(京大)の Fragment-based multiscale MD

解析、石井先生(理研)によるヘアピン DNA の FRET 観による p53 蛋白質の大振幅揺らぎの研究、岡本先生(名察データの二次元蛍光寿命相関計測、関口先生(東大)大)のレプリカ交換法やアンブレラサンプリング法のによるⅡ型シャペロニン分子の X 線一分子追跡法

開発及び改良、北尾先生(東大)の独立部分空間解析を(DXT)によるねじれ運動の解析、高橋先生(東北大)の一用いた複合体形成反応の自由エネルギー地形の計算法、分子蛍光観測による蛋白質分子構造変化と並進拡散の佐藤先生(京大)の RISM 理論による溶媒効果を取り入

相関解析、松下先生(崇城大)の FRET や蛍光寿命測定

れた炭酸脱水素酵素反応中心のシミュレーションが挙によるテロメア構造の解析、今元先生(京大)の変異 SHげられる。蛋白質という巨大な分子や、溶媒という多基の赤外吸収をプローブとしたロドプシン暗状態／中数の分子の揺らぎをどのように効率よく記述するか、間状態間の構造変化の検出、川上先生(北陸先端大)のそのアプローチの方法や改良のお話を興味深く聞かせ

原子間力顕微鏡による一分子力学応答の観測というもて頂いた。また、一般的には実験の結果を計算機科学のであった。これらの先生方の研究は、検出方法の独で再現するという共同研究が多いと感じるが、理論や自性が高いだけでなく、得られたデータの解析法にも計算で予想されるイベントが実験によって検出される独自の工夫があり、その様々な視点からの解釈をわくことで証明されるという逆の方向の共同研究も生まれ

わくしながら聞かせて頂いた。

たら、領域内の共同研究網も更に広がるのではないか

第二のグループとして NMR により残基レベルでのと感じた。

コンフォメーション変化やダイナミクスを研究してい以上駆け足になってしまったが、参加された全てのる方が挙げられる。加藤先生(統合バイオ)によるユビ研究者が自身の研究を熱く語り、多くのディスカッ

キチンダイマーの異なる会合状態の解析と中性子小角

ションがなされたということを少しでもお伝えしたい。

散乱によるプロテアソームαサブユニットの交換反応、加えて、本班会議には学生などの若い参加者が積極的

北原先生(立命館)の NEDD8 の高圧条件下に見られるに質問をしていたことが特に目につき、ベテランの先N1-N2 状態間の構造変化の解析、櫻井(阪大)によるβ2生方と若い方との交流も多いことが本班会議の良い雰

ミクログロブリンのアミロイド線維形成前駆状態構造

囲気を生んでいたのではないかとも感じた。

と形成機構の解析、西村先生(帝京平成大)による pH パ

最後に、この様な素晴らしい議論の場を準備して下9

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さった加藤晃一先生や統合バイオの皆様には感謝いた

新井先生（東京大）は、ミュータノーム解析に基づしますと共に、本領域の発展に少しでも貢献できればく天然変性蛋白質の揺らぎ制御の研究を展開している。

と思います。

ミュータノーム解析という新しい概念を軸に、アミノ酸配列と揺らぎの相関関係を網羅的に解析しようという今後の発展が楽しみな研究である。
水口先生（富山大）は、天然変性蛋白質 PQBP-1 の揺らぎと機能解明を目指し、ターゲット分子である
U5-15kD との結合状態について報告された。PQBP-1
は、精神遅滞に関わっている蛋白質であり、疾病と蛋
白質の制御が結びつく可能性を秘めた研究を展開されている。
楯先生（広島大）は、天然変性蛋白質の過渡期な構造形成の制御について報告された。酵母の転写因子のひとつである TFIIEβに含まれるある特定の部位が天会議風景。熱心な質疑応答が繰り広げられた。

然変性構造をもち、過渡的な立体構造を形成すること

寺内一姫（立命館大学生命科学部・A02 公募研究代表者）を示された。過渡的な構造形成が機能制御に深くかかわるという興味深い発表であった。

本新学術領域の平成 23 年度合芳坂先生（北陸先端大）は、非天然アミノ酸の部位

同班会議が、6 月 26 日から 29 日

特異的導入技術を用いた蛋白質の揺らぎ解析についてに夕張市で開催された。合同班会発表された。4 塩基コドンに非天然アミノ酸を割り当議としては 3 回目になるそうであてることで非天然アミノ酸を導入する技術は大変ユるが、今年度より公募班として参ニークであり、本領域内で多くの共同研究が展開され加している筆者にとっては初めてている。今回は、新しい蛍光標識法の開発や、天然おの班会議であった。本領域のほとんどの方と研究分野

よび非天然アミノ酸による網羅的置換を効率的に行うがずいぶん違っているためか、参加者の中に知り合いための手法開発についても報告された。それぞれ今後はほぼ皆無であった。会議の冒頭に挨拶された領域代の研究の発展が大いに期待できる。

表のお名前とお顔さえ知らないということに、会場に湯浅先生（奈良先端大）は、発光プローブを用いて着いて初めて気づいた。新しい方々との出会いを楽し

円偏向発光（CPL）を蛋白質の解析に適用するというみに会議に臨んだ。ここでは、私が所属する A02 班の取り組みについて発表された。希土類錯体を標識する発表を中心とした簡単な報告と印象を述べさせていたという化学的手法を用いている。このような手法は、だく。

これまでの蛋白質解析にはあまり用いられておらず、A02 班は、班会議 2 日目午後に、計画研究の片岡先

今後新しい展開が期待された。

生と芳坂先生および 5 名の公募研究代表者の発表が筆者（寺内、立命館大）は、シアノバクテリアの３あった。A02 班は揺らぎを制御する観点からの研究がつの時計蛋白質によって in vitro で 24 時間周期の生物中心となっており、また他の班より少人数での構成と時計が再構成できることを紹介した。時計蛋白質のリなっている。

ン酸化や ATP 加水分解活性が 24 時間周期で変動する。
ゆっくりした反応を蛋白質がいかにして制御している班長である片岡先生（奈良先端大）は、蛍光性非天然アミノ酸導入した SNase の作製とその評価についのか、その一端を明らかにしたいと考えている。

て報告された。無細胞翻訳系を用いて、非天然アミノ

以上、A02 班の研究報告について紹介したが、他の酸を導入したタンパクを精製し、FRET に用いること

班の発表についても興味深いものが多数あり、活発にを検討されている。A02 班の芳坂先生との共同研究で議論がなされた。講演時間以外にも夕食後の自由討論あり、本班の目標とする揺らぎの制御に迫る興味深いなど、多くの人と話す機会をもてるように企画された研究であった。

班会議であることが印象深かった。また、若い学生や

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研究者が多く参加しており、この分野の将来の発展を名という大所帯であり、計算科学、構造生物学から分予期するものであった。彼らが発表する機会があれば子論的解析、さらには動物を用いた in vivo 解析まで、より楽しい会議であったかもしれない。最後に、ご準非常に多様な手法を用いて様々な角度からの研究発表

備いただいた先生方やスタッフの皆様に心より感謝しがなされた。以下、順不同ではあるが、私なりの理解たい。

でまとめつつ、発表内容を簡単に報告させていただき

大学で授業がある都合で、会議途中で夕張を後にしたい。

なくてはならず残念だった。夕張は大変涼しく、メロ

上岡龍一 A03 班班長（崇城大院・工学研究科）は、

ンの美味しいのどかな町であった。帰途、ホテルから

ハイブリッドリポソーム(HL)の制がん機能メカニズム

夕張駅まで歩く道中、廃校になった中学校があった。

について報告された。
HL ががん細胞膜の揺らぎをター

夕張のきびしさの一面を垣間見たが、風はさわやかでゲットとしてアポトーシスを引きおこすこと、モデル

よい香りがした。

マウスや臨床試験でも良好な制がん活性が得られていることなどが報告された。リン脂質と界面活性剤のみで作られる安全な HL の治療能力を実感させられる発表であった。HL の膜流動性とがん細胞に対する抑制
効果が直線的相関を示すことや、HL が FasL の活性化を経てアポトーシスを誘導することなど、その HL の
制がん機能メカニズムに対する検証が進んでいることも示された。また鈴木元公募班員（名古屋大院・医学系研究科）は、HL の成分である C14 PC が、がん細胞でアポトーシス誘導活性を持つ C14 ceramide に変換されることを見出された。セラミド合成酵素の一つであ

夕食後の自由討論の時間には、車座になって議論する参加者の姿が見受けられた。

る CerS6 が、がん細胞においては miR101 による抑制を解除されるメカニズムは非常に興味深く、さらなる

竹内 恒（産総研・A03 公募研究代表者）

研究の進展が期待される。松本陽子公募班員（崇城大院・工学研究科）は、関節リウマチ(RA)に対しても

平成 23 年 6 月 26 日～29 日に新学術領域研究「揺らぎが機能を決

HL が治療効果を示すことを、SKG RA モデルマウスもめる生命分子の科学」
平成 23 年度

用いて報告された。
異常増殖性の自己免疫疾患でも HLの治療効果が示されたことは、膜の物理化学的性質を

合同班会議が“ゆうばりホテル
シューパロ”にて行われた。全国

ターゲットとする治療法が従来のタンパク質標的創薬

的に蒸し暑いさなか、非常に気候と異なる概念として確立する可能性を示唆する。また
岡田誠治公募班員（熊本大・エイズ学研究センター）の良い当地、かつメロンの旬という素晴らしいタイミ
ングで開催された本会議は、非常に白熱したものでは 造 血 あ る い は 造 血 器 腫 瘍 に 対 す る HL, CEP,あった。4 日間の会議を終えて飛行機でそれぞれの拠

HAMLET/BAMLET の細胞膜流動性変調作用を明らかにするため、GFP-Nude-Rag2/Jak3-double-knock-out マ

点に帰られた瞬間に、当班会議のすばらしさを再確認

ウスを新たに樹立された。in vivo において腫瘍の経時された先生方も多かったのではないかと推察する。本

的、定量的解析を可能とする当マウスの樹立は、細胞

稿では班会議 3、4 日目に行われた A03「揺らぎと機能」

膜の流動性を標的とした治療の発展に寄与するもので班の発表を報告したい。

ある。

A03 班では揺らぎの利用を主眼においていることか脂質を用いた機能性分子集合体の創生という観点で、ら、“様々な生体分子からの揺らぎを検出し、機能との出羽毅久公募班員（名古屋大院・工学研究科）のカチ関連を明らかにする研究”やさらに一歩進んで“生体分子の揺らぎを利用して、新たな機能を創生すること

オン性脂質と核酸との複合体 Lipoplex を用いた研究はを目指す研究”が進んでいる。A03 班は発表人数 22

HL と共通する要素を持っている様に思われる。出羽
班員は AFM・蛍光観察等の手法を駆使することで、

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Lipoplex の細胞内 DNA 送達活性と Lipoplex ラメラ構

エンス拠点）の発表があった。プロテアソームの基質

造不安定性との関係を明らかにされた。

認識にはユビキチン化に加えて、基質変性領域の長さ

また本合同班会議では、脂質そのものの構造的な揺やアミノ酸配列の複雑さが関与していることが示され、らぎを研究対象とした興味深い発表が複数見られた。

今後それらの物理化学的意味が明らかになっていくこ

中野実公募班員（京都大院・薬学研究科）は小角中性とが期待される。

子散乱(SANS)法を用いて、リポソーム間の脂質交換おまた分子内の構造的な揺らぎが機能に直結する特徴

よびフリップフロップ(FF)をより直接的に観測する手から、イオンチャネルのゲーティングを題材とした研法について発表された。膜曲率や膜貫通ペプチドの配究が目に付いた。井出徹班友（光産業創生大学院大学）

列、脂質組成などが脂質交換、FF に与える影響についはカリウムチャネル KcsA を題材とし、チャネル電流ても詳細な解析が行われていた。
また手老龍吾班友（豊と分子運動を同時に観測可能な画期的な実験手法を確

橋技術科学大・エレクトロニクス先端融合研究所）は、立された。さらに KcsA の C 末端細胞内領域を微小探特定のパターンを持つ固体基盤上で脂質二重膜を再構

針により物理的に圧縮することでチャネルの開口確率

成することで、生体膜に見られる２次元ドメイン構造を変化させるなど、確立された手法を用いることで初を再現するという独創的な発表をされた。マイカ基板

めて可能な実験を提唱されていた。筆者（竹内恒公募

上における脂質膜の階層構造や、アミロイド線維の伸班員（産総研・バイオメディシナル情報研究センター））

長亢進作用が報告され、興味深い内容であった。野口および大澤匡範公募班員（東大院・薬学系研究科）は

博史公募班員（東大物性研）は、リポソーム形成など

KcsA を題材とする溶液 NMR 解析について発表した。

の脂質自己会合を、脂質分子粗視化モデルを用いて再筆者は C 末端ゲート領域の pH 依存的開閉を NMR 法

現可能であること。またこの粗視化モデルを用いて、により詳細に観測できること、変異導入により開閉を集合体としての物性を決定する脂質分子の物理的性質

制御する残基 His25 を同定したことなどを報告した。

を明らかにできることを示された。

大澤班員は KcsA カリウムチャネルが不活性化する機

桑島邦博計画班員（自然科学研究機構・岡崎統合バ

構を様々な条件設定を巧みに組み合わせることで明らイオ）は大腸菌シャペロニン複合体 GroEL/GroES に対かにした。開・閉のみならず開閉依存的な不活性化がする ATP 結合と結合依存的構造変化を Trp の蛍光によ

複雑に絡み合う KcsA 分子内のゲーティング機構に、り速度論的に解析した結果を示された。標的蛋白質の

分子内微細構造を明らかにすることのできる NMR 法

フォールディングを誘起するこの重要な過程は、スを用いて肉薄した非常に興味深い研究であると考える。

トップトフロー蛍光スペクトルにおいて３相性の複雑

分子モーターの構造揺らぎを１分子観察により明らな挙動を示す。桑島班員は巧みな条件設定により ATP

かにする飯野亮太公募班員（東大院・工学系研究科）

結合相のみを抽出するなど、美しく詳細な解析を発表の発表では、構造的な揺らぎを変調せずに観測する技された。GroEL/GroES 複合体の NMR 解析も一部示さ術の確立に多大な労力とアイディアが傾けられている

れ今後の進展が非常に気になるところであった。同じ

ことに大きな感銘を受けた。このような努力により、く GroEL/GroES を基質のフォールディングという側

パワーストロークと前駆的“揺らぎ”との間の関係性面から主に解析されていたのが元島史尋公募班員（京が見出されており、今後の研究の発展が期待された。

都産業大・総合生命学部）であった。元島班員は基質

平田文男計画班員（自然科学研究機構・分子科学研

BFP のフォールディングを詳細に解析した結果、究所）はタンパク質によるリガンド分子認識をGroEL/GroES 複合体中の BFP が、空洞内壁との疎水相

3D-RISM/RISM 法を用いて解析することで、タンパク互作用により完全変性状態にあること、基質フォール

質分子表面におけるリガンド分子の分布確率を解析的

ディング速度が必ずしも促進されるものではないことな数学解として求める手法を示された。実際の解析例など、今までの定説を覆す発表をされた。さらに、ほとして KcsA イオン透過路における各種イオンの分布

どけた基質の一部が GroEL/GroES 複合体の隙間からが示された。分子認識を“揺らぎ”を含む分布として外に出ている可能性も示された。そのほかにタンパク求めることの重要性が説かれたように思う。さらに

質分子内の揺らぎが酵素としての活性を支配する例と3D-RISM 法を原子から分子に拡張する試みとして、ア

して、伊野部智由公募班員（富山大・先端ライフサイ

スピリン分子の PhospholipaseA2 結合様式の解析に応12

「揺らぎと生体機能」ニュースレター
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用した結果が示された。また 3D-RISM 法と一種対極に募班員（北大院・先端生命科学研究院）は FMBP-1 の位置する分子動力学的手法を用いた解析例として、林DNA 結合ドメインの４回繰り返し配列と AT リッチ配

重彦公募班員（京都大学院・理学研究科）が QM/

列との相互作用が、転写を正に促進する分子機構につMM-RWFE-SCF 法を用いたアミラーゼ酵素反応の解

いて NMR を用いた研究を進められており、ダイナ

析結果を示された。飛躍的に計算速度を高めた本手法

ミックで複雑な相互作用が予想される本相互作用に、の確立により 100ns にせまるシミュレーションが可能

様々な手法を駆使して迫る研究を展開されていた。

になったということで、量子化学的計算を取り入れる

戸谷希一郎公募班員（成蹊大学・理工）は細胞内のことで初めて評価が可能になるような分子反応におけ不均一性からくる反応場としての“揺らぎ”が生体機る応用が期待される。

能に与える影響を、糖鎖のプロセシングを例に解析さタンパク質重合やタンパク質‐基質相互作用など分れていた。分子クラウディングや微小空間効果を BSA

子間の認識に対する“揺らぎ”の役割を明らかにするやリポソームを用いて実験的に再現することで、酵素研究としては４題の講演がなされた。廣田俊公募班員

反応速度に複雑な応答がみられることを示された。

（奈良先端大学院・物質創成科学研究科）はシトクロ

以上 A03 班は計画班員の先生方を中心として、いく

ム c 多量体形成を題材に、単量体と多量体でヘムに対つかの共通するトピックが結節点となりながら、手法、する配向が変化し、これが酵素活性を制御する可能性

対象の広がりを持つことで多様な分野に展開されていについて論じられた。また大橋祐美子公募班員（理研・る印象を受けた。今回初めて合同班会議に出席させて脳科学総合研究センター）はオリゴマー形成の有無にいただいたことで、全体における自分の研究の位置をより、酵母プリオンタンパク質のアミロイド構造に違強く意識することができたように思う。また研究発表

いが生ずることを示され、分子に内在する局所的な揺のみならず、自由討論、宿泊部屋などで熱く交わされらぎがアミロイド形成において重要な役割を果たすこた議論を通じて、同じ問題意識を持った仲間がいるととを提唱された。またアミロイド形成の初期段階と、感じられたことはこれからの研究に対する大きな刺激

天然構造形成時における“揺らぎ”との関係を以前よになった。最後になりましたが、今回の合同班会議をり精査されていた濱田大三公募班員（神戸大院・医学お世話してくださいました加藤晃一先生と研究室の皆研究所）は、一連の研究を、抗体 L 鎖に展開されると様に感謝いたします。

のことで、今後の研究に期待がもたれた。相沢智康公

集合写真

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シンポジウム報告：
International Workshop “Intrinsic Protein Disorder and Post-Translational
Modifications” (PSSJ2011)新井宗仁（東京大学総合文化・A02 公募研究代表者）

楯真一教授（広島大・A02 公募研究代表者）は、ク
ロマチンリモデリング因子 FACT の天然変性領域がリン酸化されると、自身の DNA 結合領域を塞ぎ、機能2011 年 6 月 7 日（火）に、第 11 回日本蛋白質科学

を自己阻害することを報告された[2]。また、NMR 解会年会（大阪府吹田市、阪急ホテルエキスポパーク）

析の結果、リン酸化は特異的な結合を誘起するのではにおいて、表記の国際ワークショップが開催された。

なく、リン酸化数の増大による非特異的な静電的引力

これは、Protein Society、Asia Pacific Protein Association

によって結合が起きることを示された。

(APPA)、日本蛋白質科学会の共同開催であり、後藤祐Jianhan Chen 助教授（Kansas State University）は、計児教授（阪大）と桑島邦博教授（岡崎統合バイオ、A03

算機シミュレーションによって得られた IDP の構造特計画研究代表者）らが企画し、太田元規教授（名大）性や分子認識機構、リン酸化による構造変化などにつと 筆 者 がオ ー ガナ イ ズ を担 当 した 。 また 、 Protein

いて講演された[3]。IDP という魅力的なシステムにつSociety の援助で 2 人の若手研究者に来日いただいた。

いて熱く語る様子が印象的だった。彼はスクリプス研

天然変性蛋白質（Intrinsically Disordered Protein, IDP）

究所でのポスドク時代に、Peter Wright 研究室にも顔をは、天然条件下で長い不規則構造領域を持つ蛋白質で出していたそうで、Wright 研でポスドクをした筆者にある。結合相手に応じて構造を変え、揺らぎを利用しは懐かしい話も聞けて、楽しい時を過ごせた。自分のて多様な標的分子を認識することから、揺らぎと生物

将来を切り開こうと、毎日必死で研究に打ち込んでい機能の関係を解明する上での大変良いモデル系である。

たポスドク仲間の笑顔を思い出した。

現在、IDP は世界的に注目され、90 年代に一世を風靡

ヒストンの N 末端側 tail は天然変性領域であり、そしたモルテン・グロビュール研究のような勢いがある。

こにあるリジンのメチル化等は、エピジェネティック

その理由としては、構造物性の面白さもあるが、転写・制御に重要である。有田恭平助教（京大）は、この領

翻訳・シグナル伝達等に関与し、高等生物が持つ蛋白域を認識する蛋白質 UHRF1 の X 線結晶構造を明らか

質の約４割を占めるという、生命現象における重要性にし、分子認識に伴ってヒストン tail がへリックス構が挙げられるだろう。では、これらの生命現象は、IDP造を形成することなどを報告された[4]。

を通してどのように制御されるのだろうか？ その答

トロント大の Julie Forman-Kay 研究室は、リン酸化

えの一つは、リン酸化などの翻訳後修飾である。IDPによる IDP 制御機構について世界最先端の研究を展開

内の天然変性領域にはリン酸化部位などが多く存在すしているが、それらの多くは Tanja Mittag 助教授（St.

る。例えば、ガン抑制因子 p53 の N 末端にある天然変

Jude Children’s Research Hospital）の業績である。天然

性領域が複数リン酸化されると、p53 は E3 ligase

変性蛋白質 Sic1 は、分子内の 6 か所以上がリン酸化さ（HDM2）から解離する[1]。次いで、p53 の C 末端にれると、標的蛋白質 Cdc4 に結合できる。しかし、Cdc4ある天然変性領域が CBP によってアセチル化され、ユはリン酸基結合部位を１つしか持たない。それなのにビキチン化されなくなることにより、アポトーシス等

なぜ、Sic1 は 6 か所以上もリン酸化される必要があるが誘導される。このように、IDP の機能は翻訳後修飾のか？ 実験的・理論的な詳細解析の結果、複数のリによって制御されている。

ン酸化が Sic1 の正電荷をシールドし、非特異的な静電

そこで、本ワークショップでは、翻訳後修飾による的引力によって Cdc4 に結合できることがわかった。

IDP の機能制御について、5 人の方々にご講演を頂い

また、Tanja さんは、Cdc4 上に１つしかないリン酸基た。ここ数年、IDP に関するシンポジウムは国内でも結合部位を、Sic1 の複数のリン酸基が競合するという数多く開催されているが、翻訳後修飾に焦点を当てた

ダイナミックなモデルで反応機構を記述できることをところが、本ワークショップのユニークな点であろう。

示された（図）[5]。

14「揺らぎと生体機能」ニュースレター
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最後に、笹井理生教授（名大）は、統計力学理論に[2] Tsunaka et al., J. Biol. Chem. 284, 24610-24621 (2009).

基づき、球状蛋白質のリン酸化などに伴うアロステ[3] Chen, J. Am. Chem. Soc. 131, 2088-2089 (2009);

リック転移では、pre-existing な揺らぎの存在が転移の

Ganguly & Chen, J. Mol. Biol. 390, 467-477 (2009);

活性化障壁を下げることを報告された[6]。IDP の分子

Ganguly & Chen, J. Am. Chem.. Soc. 131, 5214-5223

認識でも同様の機構が適用可能かもしれない。

(2009).
[4] Arita et al., Nature 455, 818-821 (2008).

蛋白質科学会年会では、英語でのワークショップ等が少なく、海外から人を呼びづらいことや、英語での[5] Borg et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104, 9650-9655

参加登録ウェブシステムが整備されていないこと等、(2007); Mittag et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 105,

国際ワークショップを開催する上で改善すべき点も見

17772-17777 (2008); Mittag et al., Structure 18, 494-506られた。しかし、今回のような国際ワークショップは(2010).
[6] Itoh & Sasai, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107,

大変有意義であり、今後の継続を期待したい。

7775-7780 (2010); Itoh & Sasai, J. Chem. Phys. 134,

今回、Assistant Professor 級の若手研究者を海外から

125102 (2011).

お呼びしてとても良かったと思う。彼らが熱意を持って IDP 研究に取り組んでいる様子に刺激を受けた。
Tanja さ ん から は 、 ア メ リ カ の Biophysical Society
Meeting の IDP サブグループ会議や、IDP の Gordon
Conference に参加することを強く勧められた。アメリカの IDP 研究者の熱気を直に感じてほしいと言われた。
今後、翻訳後修飾による IDP の機能制御という観点からの研究成果が、国内から更に発信され、IDP を通して、揺らぎと機能の関係が明らかにされていくことを、ワークショップのオーガナイザーの一人として切に願う次第である。

図：天然変性蛋白質 Sic1（黒）と Cdc4（青）のダイナ
ミックな相互作用のモデル。赤丸はリン酸基。
参考文献[1] Ferreon et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 106,6591-6596 (2009); Lee et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA,107, 19290-19295 (2010)15

「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 3226 July, 2011
加藤グループの矢木真穂研究員が日本蛋白質科学会 若手奨励賞を受賞
加藤晃一（自然科学研究機構・A01 計画研究代表者）

このたびの受賞はこのような研究成果がみとめられたものです。これを機に、矢木真穂博士の研究が益々発展することを期待しています。

このたび、2011 年 6 月 7 日から 9 日まで大阪にて開催された第 11 回日本蛋白質科学会年会において、私たちの研究グループの矢木真穂研究員が「ガングリオ
シドクラスターを舞台とするアミロイド β の構造転移と分子間相互作用」の研究によって、若手奨励賞を受
賞いたしました。この若手奨励賞は、2008 年度から始
まり、今年で第 4 回となります。今年は、53 名の応募者の中から書類選考で選ばれた 10 名が、若手奨励賞
招待シンポジウムのセッションにて 15 分間の口頭発表を行い、厳正な審査を経て受賞者 2 名が選ばれました。
アルツハイマー病などの神経変性疾患の発症には、神経細胞膜上でクラスターを形成している糖脂質の存在が深く関わっていることが明らかにされつつあります。
特に最近、神経系に豊富に存在する GM1 ガングリオ
シドは、アルツハイマー病に関わるアミロイド β の異常会合を引き起こすことが注目されています。矢木研
究員は、これまでに、920 MHz 高磁場 NMR 計測を中心とする分光学的手法を縦横に用いて、GM1 ガング
リオシドとの相互作用を契機として促進されるアミロ
イド β の重合に関する分子メカニズムの解明に貢献してきました。
矢木博士の研究により、糖脂質クラスターという環境場がアミロイド β のコンフォメーションとダイナミクスを規定し、特異な分子間相互作用を促す
ことが示されました。アミロイド β の分子構造の揺ら懇親会にて、受賞の喜びをスピーチする矢木研究員。

ぎと秩序の均衡が破綻することに伴って、アルツハイ
マー病などの神経変性疾患の分子病態が引き起こされるものと理解されます。

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「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 3226 July, 2011
相沢グループの北村優紀さんが日本蛋白質科学会ポスター賞を受賞
相沢智康（北海道大学・A03 公募研究代表者）

多いメタノール資化酵母 P. pastoris ですが、ペプチド

平成 23 年 6 月 7 日（火）から 9 日（木）まで、ホよる分解を受けやすいことなどから、必ずしも成功例

テル阪急エキスポパークで開催された第 11 回日本蛋が多いとは言えません。北村さんは融合発現を用いた白質科学会年会において、本新学術領域研究の公募研

ペプチドの安定性向上や発現経路の選択という手法で、究班員である相沢智康氏（A03 班、北海道大学）のグ

従来よりも高い効率でペプチドの生産が可能となる発ループの修士課程 1 年生の北村優紀さんが、蛋白質科

現系を検討し、その報告を行いました。

の大量発現への応用では、宿主由来のプロテアーゼに

本新学術領域研究でもペプチドの「揺らぎ」を対象

学会ポスター賞を受賞されました。
北村さんは「酵母 Pichia pastoris を宿主としたペプにした研究が盛んにおこなわれております。研究用やチド大量発現系の構築」という演題で発表を行いまし

応用利用に向けたペプチド試料の効率的な調製にこのた。遺伝子組換え蛋白質発現の宿主としての応用例が様な研究成果が応用できることが期待されます。

本領域の計画研究代表者でもある日本蛋白質科学会会長、桑島先生から表彰状を授与される北村さん。

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