“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
Newsletter Vol. 19

March, 2015

業績紹介：LOV1 ドメインの反応には過渡的会合が重要"Photo-Induced Oligomerization of Arabidopsis Thaliana Phototropin 2 LOV1"
Yusuke Nakasone, Yuki Kawaguchi, Sam-Geun Kong, Masamitsu Wada,and Masahide Terazima,
J.Phys.Chem.B, 118, 14314–14325, (2014), DOI: 10.1021/jp509448b

寺嶋正秀（京都大学大学院理学研究科・A01 計画研究代表者）

本論文では、生体分子の動的会合解離過程を観測する手法をフォトトロピン(phot)の持つ LOV1 ドメインに適用し、その基本的な反応がタンパク質間会合であることを示し、そのダイナミクスを明らかにした。
phot は、多くの植物が持ち、光屈性や気孔の開閉や葉緑体の運動をコントロールしている代表的な青色光センサータンパク質である。高等植物では 2 種類のphot(phot1, phot2)を持ち、さらにそれぞれの photは LOV ドメインと呼ばれる光受容を担うドメインを２

図 1：(上)phot1 と phot2 タンパク質の１次構造。それつ(LOV1、LOV2)有している(図 1)。その光反応は多く

ぞ れ の 中 に LOV1 と LOV2 ド メ イ ン が 含 ま れ る 。の興味を集めているが、まだ植物の phot は全長のタン(下)Phot2LOV1 を光励起後に観測される種々の時間でパク質が生成されていないし、またいくつかの反応ドの過渡回折格子信号と会合過程の時間分解観測。

メインがあるため、各ドメインの反応を知ることが必起状態数で規格化すると、濃い溶液の方が信号強度が要となる。それによると、全ての LOV ドメインで、発減少することが分かった。このことは、会合状態によっ色団 FMN の光励起後の初期は、数マイクロ秒で FMN とて反応が変わり、会合数が小さい分子種が拡散係数変タンパク質部分との間で共有結合が作られ、吸収スペ化の反応を起こすことを示している。またその反応速クトルが変化する共通の反応である。その後の反応に度は濃度に比例して増加することが分かった。さらに、

ついては、特に LOV2 ドメインについて詳細に調べられ、ゲル濾過測定によって、溶液中にはモノマーとダイLOV に疎水結合でついているリンカーと呼ばれるヘマーが存在することが分かった。以上の結果より、リックス構造をもった部分が LOV から解離し、続いて

phot1LOV1 では、基底状態でモノマーとダイマーが平数ミリ秒でそのヘリックス構造が壊れることが知られ衡にあり、モノマーの光励起によりダイマーが生成すている。しかし、LOV1 ドメインの反応については、ほること、ダイマーの光励起では反応が起こらないこと

とんどの分光法で顕著な変化を検出することができず、などが明らかとなった。さらに温度依存性の測定によ不明のまま残されていた。

り、低温でダイマーが増えることや、その熱力学パラ

この反応について、我々のグループが開発してきた時メーターを決めることもできた。最近では光遺伝学な間分解拡散係数法を適用し、反応スキームを明らかにどいろいろなところで応用がなされている LOV ドメイすることを試みた。図１に、種々の時間領域で測定しンであるが、その基本的な反応が分子間反応であるこた信号を示す。この山形の信号は、反応によって拡散とは興味深いし、また新しい応用を考察するうえで重係数が変化していることを示す。さらに、その由来を要な知見になると思われる。

知るために、タンパク質濃度を変化させたところ、励1

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March, 2015

アルツハイマー病の原因物質を「掃除」するタンパク質
Structural Basis for Amyloidogenic Peptide Recognition by SorLAYu Kitago, Masamichi Nagae, Zenzaburo Nakata, Maho Yagi-Utsumi, Shizuka Takagi-Niidome,
Emiko Mihara, Terukazu Nogi, Koichi Kato and Junichi Takagi
Nature Structural & Molecular Biology, in press, (2015), DOI: 10.1038/nsmb.2954
アルツハイマー病などの神経変性疾患の多くは、アミロイドと呼ばれる線維状凝集体が脳内に蓄積することにより、神経細胞の死滅を引き起こすことによると考えられている。これまでに、SorLA（ソーラ）という脳内の膜タンパク質が、アルツハイマー病の原因遺伝子産物であるアミロイド β ペプチド（Aβ）を捕まえて分解系に送ることによりその蓄積を防ぐこと、すなわち sorLA が脳内で生じる Aβ ペプチドを分解系へ運ぶ「掃除屋」のような役割を果たしている可能性が報告されているが、その構造基盤は明らかとなっていなかった。本論文では、X 線結晶構造解析および NMR 解析により、sorLA が Aβ を捕捉している描像を原子レベルで解明することに成功した。
構造解析の結果より、SorLA の細胞外領域のなかでも Vps10p ドメインと呼ばれる部分は、10 枚の羽根をもつプロペラー様の形をしており、中央部には大きな空洞を有していることが判明した。そして Aβ は、β シート拡張と呼ばれる生体内でアミロイドを形成するペプチドに特有の様式で、この空洞の内側にへばりつくように結合していることが明らかとなった。この成果は、我々の体内にもともと存在するアルツハイマー病に対する防御因子の作用メカニズムを明らかにしたものとして注目される。
（加藤晃一

自然科学研究機構・A03 計画研究代表者）

分子シミュレーションと NMR 法による糖鎖の動的構造へのアプローチ（図書）Conformational Dynamics of Oligosaccharides Characterized by Paramagnetism-assisted
NMR Spectroscopy in Conjunction with Molecular Dynamics Simulation
Ying Zhang, Takumi Yamaguchi, Tadashi Satoh, Maho Yagi-Utsumi, Yukiko Kamiya, Yoshitake
Sakae, Yuko Okamoto, and Koichi Kato
Advances in Experimental Medicine and Biology, 842, pp217-230, (2015),
DOI: 10.1007/978-3-319-11280-0_14.
糖鎖は、細胞内でのタンパク質品質管理や細胞間コミュニケーションのほか、疾患の発症などにも密接に関わっており、糖鎖を介するダイナミックな生命システムの秩序形成機

DOI: 10.1007/978-3-319-11280-0_14
構の解明は近年ますます期待されるところとなっている。NMR は糖鎖の構造決定や相互作用解析においても重要な実験手段である。NMR 解析に基づく精密実験データに裏付けられた高度な分子シミュレーションを通じて、複雑な分岐構造と柔構造を有する糖鎖の動態を定量的観点から描象することが可能になってきた。本総説は、神経細胞膜上に存在し脂質ラフトの形成や神経変性疾患関連タンパク質との相互作用に密接に関わっている一連のガングリオシド糖鎖の構造解析を例に、糖鎖のダイナミクスを描き出すための物理化学研究の系統的な方法論を紹介するものである。
（神谷由紀子

名古屋大学・A02 公募研究代表者、岡本祐幸 名古屋大学・A03 計画研究代表者、
加藤晃一自然科学研究機構・A03 計画研究代表者）

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March, 2015that it would be possible to build an excellent international

第 3 回国際シンポジウム招待講演者から

network of scientists interested in the theme. Consequently,のコメント

such efforts can lead to establishing and expanding a newinterdisciplinary field for scientists interested in dynamical

2015 年 1 月 10 日、11 日に開催された第 3 回国際シordering of biomolecular systems.

ン ポ ジ ウ ム “The 3rd International Symposium on
Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for
Creation of Integrated Functions”の招待講演者からコメントを頂きましたのでご紹介いたします。

(Ulsan National Institute of Science andTechnology, Republic of Korea)
This meeting was a true mixture of scientists withvarious backgrounds, ranging from biologists, biophysicists,biochemists, physical chemists, to materials scientists. Not
only the scientific realms, the technical specialties werealso diverse, including NMR, AFM, single molecule
imaging, and material synthesis, as well as theoretical
approaches and computer simulations. In contrast to thediversity of the participants' backgrounds, the theme of theconference was highly focused, i.e. understanding thedynamical ordering of biomolecular systems and thecreation of integrated functions. Renowned scientists fromdifferent realms of science came to discuss the focused
topic with scientists with different backgrounds. As themeeting was held in a segregated place, we were able tohave lively interactions without being distracted.
suchpurposeof(Yale University, USA)This Symposium was the best that I have attended in thepast decade. A major strength was the very interdisciplinary

Professor Hajin Kim

For

Professor Anthony J. Koleskeinterdisciplinary,in-depth

interactions, the meeting was appropriately sized, withabout two dozens of professors and about a hundredstudents. Even though the participants did not share theprimary language, the question and discussion sessions
were very lively. Thanks to the devotion of the students, theposter sessions turned out to be a great success, allowing
many cross-interested scientists to talk to each other.
By continuing this meeting over the years, I am assured

nature of the talks and posters, ranging from Molecular
Dynamics

toPolymer

Chemistryto

Neurobiology.

Speakers worked very hard to make their topics relevant
and accessible to the diverse audience interests. I
personallylearnedalotaboutnewtechnologicalapproaches (e.g. high speed AFM, new approaches insimulation) that will greatly benefit our ongoing work intocytoskeletal control. The overall atmosphere was veryinclusive. This was evident in several ways.

First, there

was adequate social time for attendees and speakers to mix
and discuss science. Second, the poster presenters gave
short previews of their work (a great idea that I hope toemploy for our department retreat next year) and plenty oftime was allotted to visit all of the posters. Students werevery patient in communicating in English, which wasappreciated by the non-Japanese speaking visitors. It would
have been nice to have more poster prizes, as I felt that
there were about 15 worthy posters, but I guess noteveryone can win a prize all the time. Perhaps the greatest
part of this meeting was the ability to establish newcontacts and collaborations. We have soon or will soon
exchange reagents and protocols with Naoyuki Inagaki and
Takayuki Uchihashi and hope that these will lead toproductive collaborations. In short, this was a terrific andinteresting meeting. I hope to be invited to attend again forsome future meeting.

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assistance. Very well done! My sincerest thanks.

Professor Frans A. A. Mulder(Aarhus University, Denmark)Here my opinion on several aspects of the meeting:venue:The location chosen for the meeting was slightly remote.
This comes at a disadvantage due to extended travel time.

Professor Gwénaël Rapenne(Universite Paul Sabatier, France)
A few comments concerning the symposium you kindly
proposed me to attend and present my research.

However access via rail and shuttle bus worked very well.

At first I was quite surprise of the subject which is very

The advantage is that it stimulated a lot of interaction

interdisciplinary subject with a lot of biochemistry,

between participants due to lack of distraction. The selectedchemistry etc. I must say that reading the titles on theresort was well suited for the meeting, except for the low

program intrigated me. In fact, the speakers made a big

temperature in the meeting halls. This would be an area foreffort to be understand by a large pluridisciplinary audience

improvement.

and finaly I learned a lot on the subject of this symposium.

poster session:

Of particular interest to me the biomolecular machines

The poster session worked especially well. Allfrom which I learned a lot both following the conferences

participants participated in visiting it, there was ample timeand from attending the poster sessions.

set aside for it, and it worked well in alternating with talkIt was a real great pleasure to participate to such uniquesessions. The students were very excited and eager toexperience of a pluridisciplinary meeting. I think now that

present their work, and tried very hard to explain their

the next breakthroughs will be discovered at the frontiers

poster. The quality of the work was high, and posters werebetween different fields of research. Then mixing

well prepared. Senior researchers were willing to aid theresearchers from these different fields is the best to try to

young researchers with suggestions on their research topic

catalyze such discoveries.

and approach. This was certainly one of the highlights ofI wish you a very fruitful network, with my best regards.

the symposium, in my view.
plenary talks:
There was a nice mix of Japanese and foreign speakers,
with good presentations. The talks matched well with thetheme of the meeting, and covered the breadth of theprogram well.
social aspect and participant-speaker interactions:
There was a very good atmosphere at the meeting. There
was ample opportunity for the students to interface with theestablished researchers, incl. foreign speakers, and viceversa. The meeting has stimulated many and long
discussions.
conference organization:
The organizers really thought about everything, and there
was all the time some representation for questions and4

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March, 2015

サイエンスカフェ「生命分子システムに学ぶ機能分子設
計：Biomimetic Chemistry」

第でさまざまな分子を設計し、合成できるということです。一般に、「化学」は暗記科目と思われているフシがありますが、物質の最小単位を作ることができるとても創造的な学問です。オリジナルにこだわって、美しさと機能を兼ね備えた新しいモノをつくるという

杉安和憲（物質・材料研究機構・
A0２公募研究代表者）

点で、化学者は、建築家や服飾デザイナーのように人気の職業となっても良いと思うのですが・・・（やはり、サイエンスカフェのようなアウトリーチ活動は重要だと思われます）。
「アイデア次第で」と言いましたが、それではそのアイデアはどこから生まれるのでしょうか。しばしば2015 年 1 月 17 日（土）に新宿文化センターにおいて開催されましたサイエンスカフェにて発表の機会を頂きました。このサイエンスカフェは、『自然科学カフェ』の後藤さんと古屋さんのご尽力によって立ち上げられたもので、本新学術領域が共催するものとしては 10 月に行われた平岡秀一先生（東京大学、A02 班、第 16 号ニュースレター）に続く２回目の開催となりま

化学者は生命分子システムからヒントを得ます。例えば、高い選択性と反応性を実現している酵素反応、無尽蔵の太陽光エネルギーを利用する光合成システム、生命の最大の特徴とも言える自己複製機能などを人工の分子によって再現することが可能となってきており、これらは環境問題やエネルギー問題の解決に貢献し得る新しい機能性分子システムとして期待されています。

す。このような場で一般の方向けに研究の話をするのは初めての経験です。後藤さんと古屋さんからサイエンスカフェの趣旨を伺ったとき、ファラデーの「ロウソクの科学」を思い浮かべました。ファラデーのように話すことはとてもできませんが、何らかのメッセージを伝えられればと思い、喜んで引き受けさせていただきました。
参加者は、大学生から年配の方まで幅広く、約２０発表の後は参加者のみなさんとの懇親会にご招待頂名がいらっしゃいました。ほとんどの方が理系出身者きました。さすがみなさんサイエンス通で、生命の起でしたが、理系と行っても、物理、化学、生物、さら源から宇宙の話までいろいろな話題が持ち上がりましには機械や電気などの工学まで様々です。ちなみに、た。インターネット社会では、サイエンスのことでも私がお話しした化学を専門とされる方は一人だけでし気になることはすぐに調べることができますし、簡単た。専門的すぎず、ざっくばらんに話すよう事前に言に知識を得ることができます。しかし、こうやって同われてはいましたが、土曜日の昼下がりに、映画を見じテーブルについて意見を交換しあうことで、自分のに行くよりもサイエンスの話を聞くことを選ばれた人中にはなかった新しい視点が拓けるということを実感たちが相手です。サイエンスがおもしろいということしました。

は既に十分ご存知で、通り一遍の切り口では満足頂け

その後も２次会まで盛り上がり、「先生」「先生」とないことは容易に想像がつきます。みなさんをがっか呼ばれましたが、みなさんの方が圧倒的に人生の先輩りさせることのないよう、少し大げさではありますがで、実際には、こちらの方がいろいろと勉強になり、「化学者代表」としての責任を感じながらストーリーそして励まされました。
「サイエンス」という共通の趣を練りました。

味をもった人たちと過ごす、とても楽しいひとときで私は、「生命分子システムに学ぶ機能分子設計：した。最後になりますが、いろいろとお世話になりまBiomimetic Chemistry」というタイトルで発表しましした後藤さんと古屋さんご夫妻にこの場を借りて感謝た。伝えたかったメッセージは、化学者はアイデア次いたします。

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March, 2015

アウトリーチ活動報告および受賞報告
加藤晃一（自然科学研究機構 岡崎統合バイ
オサイエンスセンター・A03 計画研究代表者）

ところで本年度のアジア冬の学校は、分子研が参画する「分子科学アジアコア多国間国際共同事業」の一環としての開催でもありました。アジアコア事業は、
韓国科学技術院自然科学部(KAIST)、中国科学院化学研究所(ICCAS)、台湾中央研究院原子分子科学研究所

2015 年 1 月 13-16 日、分子科学研究所と総合研究大(IAMS)および分子研の連携によって展開する研究・教学院大学が主催するアウトリーチ活動 アジア冬の学育交流事業で、なかでも若手育成は中心的なプログラ

校 "Research and Its Challenges in Molecular Science:

ムとなっています。

Fundamentals and State-of-the-Art"が岡崎コンファレン

今回、こうしたアジアコア事業との共催に基づき、スセンターにて開催され、そこでの講師を務めました。

参加の各国研究所からも講師を迎えて交流を深めると本事業は、アジア諸国の大学（院）生および若手研究ともに、冬の学校受講者の研究発表に対してポスター者へ分子研で行われている研究・教育活動を広く供し、発表賞が設けられました。講義と同様、様々なジャンその育成を図ることを目的に、毎年、海外から意欲あルの熱意溢れる発表が行われた中、私たちの研究グる若者を岡崎に招待して開催されているものです。本

ループの Sikdar Arunima さん（総合研究大学院大学 博

年度も、海外から合計 64 名の参加者があり、会場は活士後期課程 2 年）が"Structural insight into functional role

気に溢れていました。その内訳は台湾 15 名、韓国 15of archaeal homolog of proteasome assembly chaperone名、中国 16 名、タイ 15 名、ベトナム１名、インド 2

PbaA"の発表で受賞者の一人に選ばれました。Sikdar

名と、アジアの様々な地域に渡るものでした。平成 16さんの研究成果については本領域ニュースレター15

年度の事業開始からこれまでに、総計 360 名を越える

号掲載の「古細菌のプロテアソーム集合シャペロン様学生・若手研究者がアジア各国から訪れているそうでタンパク質 PbaA の立体構造解析」に詳しく記していす。聞けば、実際には定員をはるかに上回る申込があますのでご参照ください。受賞の喜びとともに、多様り、例年やむなくセレクションを行っているとのことな研究者や同世代との触れ合い、異分野について深くでした。

学ぶ機会を得たことは、大変大きな刺激になったよう

この冬の学校の特色の一つは、分子科学の基礎からです。彼女自身もインドからの留学生であり、アジア将来展望までを紹介するにあたり、様々な研究分野をの若手研究者として益々の活躍を期待したいと思いま専門とする講師陣による先端的な講義が実施されるこす。とではないでしょうか。3 日間の講義プログラムは生
命分子科学、有機合成化学、量子物理科学など、実にバ ラ エ テ ィ に 富 む も の で し た 。 私 は "Dynamicorchestration

ofproteasomes,intracellular

proteindegradation machines"と題し、プロテアソームのアッセンブリーを例にあげ、生命分子の秩序形成に挑む面白さや難しさを紹介しました。その上で、本領域が指向する分野融合の重要性についてメッセージを送りました。上述のように受講者も、必ずしも生命科学を専門とするわけではないにも関わらず、みなさん真剣な様子で講義に臨んでおられたのが大変印象的でした。これからのサイエンスを担っていく若いアジアの力に、授賞式での Sikdar さん（右）。本領域の秋山修志班員

小さくても響くものがあったのではないかと期待しては分子研アジアコア事業において中心的な活躍をされいます。ています。

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いた。学術分野においても我が国との連携を更に強化

タイ訪問報告記していきたいという雰囲気が非常に強いとのことであった。大変華やかでにぎやかな開会式典には些か驚

佐藤啓文(京都大学 工学研究科、A01 計画研究代表者)
飯野亮太(自然科学研究機構 岡崎統合バイオ・分子研、A02 公募研究代表者)

い た が 、 開 会 式 で の 副 首 相 （ Prof. Dr. YongyuthYuthavong）の講演には、“middle-income trap”に対する危機感と相まって科学振興への積極的で若々しい勢いをひしひしと感じさせられた。

去る 2015 年 1 月 21 日-23 日にタイ・バンコクの Amari
Watergate Hotel で開催された PACCON 2015 (Pure andApplied Chemistry International Conference)に参加してきた。これは同国の化学関連会議として最大規模を 誇 り 、 Chulabhorn 王 女 （ Professor Dr. H.R.H.
Princess Chulabhorn Mahidol）の後援の下で開催される大きなイベントである。
タイ副首相による基調講演【物理・理論化学セッション】今回佐藤は物理・理論化学の招待講演者兼チェアーという役割だった。
PACCON での講演は大学院生の学位取得条件になっているようであり、共に招待講演をされた勝本之晶准教授（福岡大学）と Jen-Shing K. Yu 副教授（台湾国立交通大学）の他は、ポスドクや大学院生の講演が殆どであった。多くの学生にとっては英語での講演は初め会場のホテルからの眺め．バンコクは大都市ての経験なのだろう。初々しくも、ひたむきな感じがよく伝わって来た。フロアーからの質問にも教育的で今回はモンクット王工科大学トンブリー校がホスト温かい雰囲気を感じた。Prof. Dr. Supot Hannongbuaとなり、11 もの幅広い化学の領域をカバーし、参加者（チュラロンコン大学）の基調講演によると、タイかは 700 名あまりにのぼるとのことであった。昨年度もらの化学論文のうち（定義の仕方にもよると思うが）加藤領域代表が招待されているが（詳細については、の実に約３分の１が計算化学の論文とのことだった。

2014 年 3 月発行の本領域ニュスレター第７号を参照さ

スーパーコンピューターなど世界をリードしてきた我れたい）、今年度も本領域からの我々二人を含めて、多が国が、同国の活動にうまく寄与してければ、との思くの日本人研究者が基調・招待講演者として出席していを強くした。

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ルの高さを裏付けていた。唯一残念に感じたのは、多くの実験室にエアコンがない点であった。夏場は扇風機が大活躍するとのことであったが、タイの猛暑の中で実験を行うのはなかなか大変だろうと推察した。

共同チェアーの Vchirawongkwin 氏と佐藤【 学 会 後 】 佐 藤 は ホス トの方々にメナム川畔のウォーターフロントエリアに連れて行ってもらった。

チュラロンコン大学化学科の教員との懇親会

地元の家族連れの方々が沢山来られていたが、数多くあるレストランの半分以上（厳密に数えなかったが４分の３位とのこと）が日本食だそうである。むろん、タイの屋台風（？）レストランで、伝統的な料理をスプーンとフォークで美味しく頂いた。

【チュラロンコン大学訪問】 飯野は PACCON 終了後に合流した加藤領域代表らと共に、チュラロンコン大学化学科を訪問した。分子研とチュラロンコン大学化学科は学生の交流プログラムで提携を結んでいる。今回は合同ワークショップを行うと共に、提携期間延長

加藤領域代表による講演の契約更新を行った。合同ワークショップでは加藤領域代表や飯野を含め分子研から 4 名、チュラロンコン大学から 4 名が講演を行った。飯野は今回が初めての参加だったが、チュラロンコン大学の若手教員は欧米帰りがほとんどで、研究やプレゼンのレベルが非常に高い点が強く印象に残った。
また合同ワークショップ後、化学科のラボを見学させて頂いた。タイで最も歴史のある化学科とのことで、来年で 100 周年を迎えるとのことである。共通機器には最先端の LC-MASS が導入されているなど充実してい飯野による講演た。また他の実験設備もしっかりしており、研究レベ

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