“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
Newsletter Vol. 18

February, 2015

業績紹介：二段階の秩序化により構築した-スタック錯体の一次元集積体を生体分子の NMR 解析に応用" Self-Assembled, π-Stacked Complex as a Finely-Tunable Magnetic Aligner
for Biomolecular NMR Applications"
Sota Sato, Ryosuke Takeuchi, Maho Yagi-Utsumi, Takumi Yamaguchi,
Yoshiki Yamaguchi, Koichi Kato, and Makoto Fujita
Chem. Commun., in press, (2015), DOI: 10.1039/C4CC09354B

佐藤宗太（東北大学 WPI-AIMR・
A02 計画研究代表者）
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）

筆者らは芳香族分子が向きを揃えて集積している分子は、反磁性磁場配向を示すことを見いだしてきている（ JACS 2010, 132, 3670）。今回、一次元集積錯体の磁場配向性を、磁場強度の異なる NMR 装置（300 MHz〜920 MHz）を用いて調べたところ、分子間集積数の増加に伴って、磁場配向性が強まることがわかった。さらに、一次元集積錯体の溶液にタンパク質を溶かすと、タンパク質への磁場配向が誘起され、残余双極子相互多くの成分を自己組織化することで、構造が精緻に作用（RDC）
を二次元 NMR 測定により観測できた（図 2）。

制御された巨大構造を合成できる。本研究では 25 分子

以上のように、多段階の動的な秩序化機構を駆使すの構成成分から構築される、7 枚の芳香族分子が-スることで、構造が制御された一次元-スタック分子シ

タックした錯体分子の化学修飾を検討した（図 1）。各ステムの効率的な構築に成功した。その独特の構造に種の親水性官能基の導入を検討したところ、いずれの由来する磁場配向性を証明し、生体分子に対する NMR

場合にも定量的に生成物が得られ、単結晶 X 線構造解解析に応用できることがわかった。今後、官能基や中析の結果，導入された官能基は-集積方向とは直交し空錯体構造を積極的に活用した特徴のある RDC 解析をて位置するためにスタッキング構造を阻害しないこと示したい。

がわかった。そこで、分子間のさらなる-スタッキン
グをめざし、二段階目の秩序化を検討したところ、一次元集積体の構築に成功し、その集積数は濃度や温度により制御できることを見いだした。

図 2：磁場配向性の一次元集積体を使い、タンパク質
を磁場配向させ、RDC の NMR 観測に成功した。
図 1：多成分の秩序化による-スタック錯体分子の合成。さまざまな親水性置換基を分子設計により導入でなお、本研究は分子研 920 MHz NMR のナノテクノロ
ジープラットフォーム利用による成果でもある。

きた。

1

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February, 2015

業績紹介：熱力学的平衡から離れた超分子集合体の時間発展プログラム"Kinetic Control over Pathway Complexity in Supramolecular Polymerization throughModulating the Energy Landscape by Rational Molecular Design"
Soiciro Ogi, Tomoya Fukui, Melinda L. Jue, Masayuki Takeuchi, and Kazunori Sugiyasu
Angew. Chem. Int. Ed., 53, 14363-14367, (2014), DOI: 10.1002/anie.201407302

熱力学的平衡から離れたシステムは、時間の流れの中で多彩に変化し、自由エネルギーだけでは説明のつかない複雑な構造や機能を創発する。このような速度論的な挙動が、生命分子システムの鍵となっていることはよく知られている。近年、超分子化学においても熱力学的平衡から離れた速度論的挙動が注目を集めている。しかしながら、速度論支配下にある複雑な非平衡系を制御することは未だ困難である。
ごく最近、我々はポルフィリン誘導体(図 1, 1M)の自己集合過程において非平衡系を発見した。1M は、有機溶媒に分散させると直ちに速度論的に安定なナノ粒子状集合体を形成するが、一定のラグタイムの後に自己触媒的に熱力学的に安定なナノファイバー状集合体へと形態転移した。ナノファイバー状集合体の形成
は、核形成—伸張プロセスで解析することができた。
（Nat. Chem., 2014, 6, 188）

C12H25O

HN
O

N
O

N
Zn

C12H25O

N

O
N

OMe

1L: R =O
NH

Nuclei'Selection'

Competition that
determines t50

OC12H25

1M·1M

Nucleation only
from 1M'Elongation'

1M'Shufﬂing'
Coassemble throughisodesmic model

1L
Pool ofcomponents

1M·1M

1M·1L

OC12H25

1M·1M·1M

OC12H25

R

1M: R =

図 2：1M と 1L が構築する Pathway Complexity

1L·1L

R
C12H25O子状集合体からなる混合系へと時間発展した。非常に興味深いことに、このラグタイムは 1M と 1L の混合比によってプログラムできることがわかった。
混合系においては、1M と 1L が共集合体を形成する
Shuffling Pathway と 1M のみが選択され核形成する
Selection Pathway が競合する（図２）。これら２つのPathway の起こりやすさは 1M と 1L の混合比によって規定されており、これを利用することによって、時間発展現象をプログラムすることができた。
このように時間発展現象をプログラムすることは、
時間の流れの中で自律的に機能するスマートマテリア
ルの創製につながると期待している。

Energy杉安和憲（物質・材料研究機構・
A02 公募研究代表者）

O

図 1：1M と 1L の構造
本研究では、合理的な分子設計によって上記２種類の集合状態の熱力学的な安定性を微調整し、ラグタイ
ムを伴う時間発展現象を制御することに挑戦した。
1M よりも大きな置換基を有する 1L は、ナノ粒子状
集合体を形成するが、立体障害のためにそれがナノファイバー状集合体に転移することはなかった。
1M と 1L を混合すると、これらは相分離することなく共集合し、ナノ粒子状集合体を形成した。しかしな
がらこの共集合体は準安定状態であって、ラグタイムの後に 1M のナノファイバー状集合体と 1L のナノ粒

200 nm
500 nm

Off-pathway

On-pathway

NIMS プレスリリース（平成 26 年 11 月 26 日）
日刊工業新聞 27 面（平成 26 年 11 月 28 日）
マイナビニュース（平成 26 年 12 月 11 日）
科学新聞 4 面（平成 26 年 12 月 19 日）

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February, 2015

業績紹介：理論と実験の連携によるプロテインジスルフィドイソメラーゼの触媒ドメインの酸化還元に依存した構造転移の解析"Redox-dependent Conformational Transition of Catalytic Domain of Protein Disulfide
Isomerase Indicated by Crystal Structure-based Molecular Dynamics Simulation"
Koya Inagaki, Tadashi Satoh, Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura, and Koichi Kato
Chem. Phys. Lett., 618, 203-207,(2015), DOI:10.1016/j.cplett.2014.11.017
る相互作用様式を明らかにすることを試みた。その結加藤晃一（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）

果、X 線結晶構造解析により還元型および酸化型の立体構造を解くことに成功した。しかしながら、これらの構造は結晶中の分子同士の接触による影響を強く受けたことにより、ドメイン間相互作用に関する情報を得ることができなかった。

奥村久士（分子科学研究所・A03 公募研
究代表者）

そこでこれらの結晶構造を初期構造として触媒ドメインの MD 解析を行った。還元型、酸化型それぞれに対して 150 ns の計算を行い、構造の揺らぎの指標である root mean square fluctuation (RMSF)を解析した。その結果、還元型と比較して酸化型はドメイン間相互作用

細胞の中には、フォールディングや分子集合を媒介するシャペロンが多数存在している。プロテインジス
ルフィドイソメラーゼ（PDI）は、小胞体で合成されたタンパク質のジスルフィド結合の導入と誤ったジス
ルフィド結合をかけ直す反応を触媒する働きを有している。PDI は、a，b，b’，a’という 4 つのチオレドキ
シン様ドメインからなるマルチドメインタンパク質である。このうち主要な基質認識部位は、b’ a’ドメインに関与することが推測されるアミノ酸残基において顕著な揺らぎが観測された（図 1）。以上本論文を通じて、
触媒 a’ドメインの活性部位のジスルフィド結合の形成
または開裂という構造変化が、活性部位周辺のみならずドメイン間相互作用に関与する領域に摂動を与える
ことを見出した。触媒ドメイン内のこうした構造変化
が、PDI の基質結合ドメインの相対配置の制御において重要な役割を果たす可能性があると考えられる。

であることが知られている。これまで我々のグループ
では、NMR および X 線小角散乱解析により、活性部
位のジスルフィド結合の形成と解裂に連動して b’a’基
質結合ドメイン間の距離が変化し、酸化状態ではドメ
イン界面に位置している疎水性残基に富む基質結合部位の露出度がより増大していることを見出してきた。
しかしながら、活性部位の酸化還元というミクロ環境の変化がドメインの配向変化というマクロ環境の変化を引き起こす仕組みは明らかになっていない。そこで
本論文では、X 線結晶構造解析と分子動力学計算を組み合せることにより、PDI の触媒ドメインの酸化還元に依存した構造変化を捉えることを試みた。
本論文では、まず PDI の基質結合ドメイン間におけ

図 1 酸化型および還元型における PDI 触媒ドメインの MD 解析（上：酸化型、下：還元型）

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February, 2015

業績紹介：コントラストが生体内環境によって変化する
高感度 19F MRI ナノ粒子プローブ"Activatable 19F MRI Nanoparticle Probes for the Detection of Reducing Environments"
Tatsuya Nakamura, Hisashi Matsushita, Fuminori Sugihara, Yoshichika Yoshioka, Shin Mizukami, andKazuya Kikuchi
Angew. Chem. Int. Ed., 54, 1007-1010, (2015), DOI: 10.1002/anie.201409365

菊地和也（大阪大学 大学院工学研
究科・A03 公募研究代表者）

Enhancement, PRE)効果に基づく。PRE 効果とは、常磁性物質の持つ強力な磁気モーメントと、観測核の核磁
気モーメントが相互作用することで、観測核の T1 とT2 が大きく短縮する現象である。この PRE 効果は２つの核種の双極子－双極子モーメントに起因し、核種間の距離の 6 乗に反比例することが知られており、距離が近い程強く影響を受ける。したがって、4f 軌道に 7つの孤立電子スピンを持つために非常に大きな PRE
効果を持つ Gd3+錯体を、還元環境によって切断されるリンカーを介して 19F 分子と結合させたプローブを設計した（図１）。研究開始時においてはこのプローブデ
ザイン機能しない可能性が高いと、筆者は考えていた。
この理由は、PRE 効果が影響を及ぼす距離に基づくもので、コア内の各 19F と Gd3+の距離が PRE 効果を及ぼす距離より大きいと考えたからである。しかし、PRE効果は秒単位の T2 に依存しこの時間内に運動性の高い 19F が PRE 効果の及ぶ距離内に存在する確率は大きいと考えた。そこで、還元環境に応答する 19F MRI プ
ローブ、FLAME-SS-Gd3+ (FSG)をデザインした。FSG
はガドリニウム錯体の FLAME の周りにジスルフィド
結合を介してガドリニウム錯体が多数修飾された構造をしている。したがって、還元反応によってジスルフィ
ド結合が切断されることでガドリニウム錯体が脱離する。その結果、PRE 効果が弱くなり、19F MRI シグナ
ルが回復する
この結果、ガドリニウム錯体の PRE 効果は長距離においても効果的であることを初めて示した。この発見をもとにして、還元環境応答型 FLAME である FSG を開発し、還元環境を高感度にイメージング可能である
ことを示した。本プローブデザインは様々なセンシン
グプローブの開発に応用可能であるため、生体分子の活性検出が期待できる

核磁気共鳴画像化法 (Magnetic Resonance Imaging:
MRI) は 、 静 磁 場 中 に 置 か れ た 核 種 の 核 磁 気 共 鳴(NMR) シグナルに、磁場勾配を用いて位置情報を付加し、コンピュータ上で、核種分布の画像を再構成する
生体断層イメージング法である。MRI は、生物個体内のありのままの情報を、高い空間分解能で無侵襲に追跡可能である。このため、各種信号パターンやパルス
シーケンス法を用いて、様々な病変を特異的に可視化する手法が開発されている。
MRI は生体深部のイメージングに最適であるが、ほとんどの MRI プローブは 1H が観測核のために水分子・脂肪組織に由来するバックグラウンドシグナルが問題となり、高濃度の造影剤が高コントラストの画像化には必須である。これまでに in vivo で利用可能な機
能性 MRI プローブの報告例は皆無である。この問題解決のために、1H 以外の原子核を対象とした多核種 MRIがある。これらの核種を用いる最大の利点は、測定対象である生物試料の体内にほとんど存在しないため、バックグラウンドシグナルがほとんど観測されないことである。その対象核種である 19F は核磁気回転比が高く、NMR 観測可能な 19F が天然存在比 100%である
ため、プロトンに匹敵する NMR 感度を持つ。
そこで筆者らは、パーフルオロクラウンエーテル(PFCE)を内包したシリカナノ粒子(FLAME)の開発し、19F MRI で癌組織の高感度検出を達成してきた。FLAME は様々な表面修飾が容易であり、表面に機能性分
Reducing environment
子を修飾することで機能付加可能である。本研究では高感度 19F 化合物内包ナノ粒子を用い、新たなOFF/ON 検出原理の確立を行い、還元環境をを in vivo で検出する 19F
MRI プローブを開発した。
このプローブデザインは常磁性 図 1：MRI シグナルを常磁性緩和促進効果によってクエンチする Gd3+錯体の解離に基づき、還元環境においてコントラストが上昇する MRI プローブ。
緩和促進 (Paramagnetic Relaxation

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February, 2015
業績紹介：分子動力学法と情報科学を融合した	
 タンパク質折りたたみ経路の効率的サンプリング法	
 "Protein Folding Pathways Extracted by OFLOOD: Outlier FLOODing Method"
Ryuhei Harada, Tomotake Nakamura, Yu Takano, and Yasuteru Shigeta,
J. Comput. Chem., 36, 97-102, (2015), DOI: 10.1002/jcc.23773

重田育照（筑波大学計算科学研究センター
教授・班友）

タンパク質の折りたたみは、通常の分子動力学(MD)
シミュレーションで追跡可能な時間より長時間の確率過程において観測される「レアイベント」である。我々は、(1)「構造変化を誘起する可能性が高い初期構造（シード）の選択」、(2)「選ばれたシードに対して速度を再分配した短時間 MD を実行」の２つの過程を１サイクルとする、構造サンプリング手法を開発してきた。鍵となるのは、如何にして適切なシードを選択するか？にある。タンパク質は多自由度複雑系であるが、高次元の反応座標空間上に複数の高い密度分布の準安定状態（クラスタ）が存在し、大きな構造変化の際には異なるクラスタ間を遷移する。低い密度分布の疎な

図:OFLOOD による	 Villin の folding 経路探索

領域はクラスタの淵（時には２つのクラスタの間）に存在することから、低い密度分布の状態を集中的に選図に「はずれ値」（黒点）と MD の軌跡の射影（赤択することで構造変化を誘起することが期待できる。

点）を示す。サイクルを繰り返すごとに、「はずれ値」

情報科学的にクラスタに属さない疎な領域は、「はずれが分布の端の領域を広げていき、10 サイクル程で値」あるいは”Outlier”と呼ばれる。我々は、「はずれ値」

Villin の天然構造をサンプルできていることが分かる。

に対応する構造を検出し、初期速度再配分による短時

最終的な X 線構造からの最小 Cα RMSD は 0.60 Å であ間 MD を用いて構造サンプリングする手法(Outlier

り、極めて精度よく天然構造をサンプルできた。更に、

FLOODing (OFLOOD) 法)を提案した。

先行研究では抽出できていなかった副フォールディン

OFLOOD 法の適用例として、小タンパク質 Villin（35グ経路(図右下)もサンプルできた。計算効率として、

アミノ酸残基）のフォールディング経路抽出過程を示

天然構造をサンプルするまで(Cα RMSD < 1.0 Å)の合計す。ここで、2 つのセグメント（A）Helix1-Helix2 と（B）の計算時間が 135.6 ns であり、先行研究[3]のレプリカ

Helix2-Helix3 の 天 然 構 造 に 対 す る 平 均 自 乗 変 位

交換 MD(8 µs)と比較して、非常に効率的にフォール（RMSD）を反応座標とした。完全に伸びきったアミ

ディング経路を抽出できた。我々の方法は数百 ns 程度

ノ酸鎖から出発して、OFLOOD 法による構造サンプリの計算時間で、D.E. Shaw らの MD 専用計算機 ANTON

ングを 20 サイクル繰り返した。実際の MD 計算では、を用いたms オーダーのシミュレーションと同程度の溶媒効果を誘電体でモデル化した GB/SA 法を用いた。

精度で天然構造をサンプルできており、構造・経路探索において有力な方法になることが期待される。

5

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February, 2015

た最新の計算モデルについて講演された。今回のアッ

第 3 回 国際シンポジウム報告 1

プデートは蛋白質部分の高精度化（ff14SB）と溶媒和を扱うための連続誘電体モデルに大別される。前者は、蛋白質の側鎖の配座についての幅広くスキャンを基に、佐藤啓文

量子化学計算の結果とのエネルギー差を 1kcal/mol(京都大学 工学研究科・A01 計画研

以下まで高精度化しているとのことである。蛋白質の究代表者)

フォールディングについては、高精度のエネルギー評
価と高効率のサンプリングが必須である。後者につい2015 年が明けて間もない 1 月 10 日および 11 日に、ては本領域岡本班員の開発した REMD などを活用しな

岡本 祐幸班員が ホストとなり 、 国際シンポ ジウム

がら、数多くの蛋白質の三次構造を正しく計算できる“The 3rd International Symposium on Dynamical

ことを示された。核酸などを含め適用範囲も拡大してOrdering of Biomolecular Systems for Creation ofいるとのことである。フォールディング過程に対して、Integrated Functions”が開催された。本号では、飯溶媒の水をあらわに扱わない、いわゆる implicit モデ

野亮太班員および稲垣直之班員とともにこのシンポジ

ルの妥当性などについての質問がなされた。

ウムについて報告する。会場となった三重県志摩の合横浜国立大学の内藤晶班員（A01 班）は、13C 固体

歓の郷ホテル＆リゾートは、京都から近鉄特急で 3 時

NMR に基づく、ヒトカルシトニンの線維形成機構に関間あまり、広大な敷地の中に宿泊施設や講演会場が点する成果を発表された。解析から反応は homogeneous

在し、それらの間をバスで移動する、大変広々した施

な核形成過程と自己触媒的な線維形成・伸長の二段階設である。リラックスした雰囲気の下で、海外から 6と考えられ、後者については pH 環境によって顕著な差

名の招待講演者を含め、総勢 120 名あまりの参加者が異が認められることを見いだしている。また非常に興集い、非常に活発な議論がなされた。

味深いことに HEPES 中での線維形成は、リン酸緩衝液
中と比較して初期の核形成過程が著しく阻害されて遅くなる。線維形成は球形の中間体を経て進行し、その表面に短い線維が現れ、やがて線維となって伸長するメカニズムで進行することを報告された。

Carlos Simmerling 先生
第一日目の最後に講演された、米国 Stony Brook 大
学の Simmerling 教授は現在世界中で利用されている
生体分子などを対象とする分子動力学プログラムパッ
ケージ AMBER の開発者の一人として著名である。本シ

内藤晶班員

ンポジウムでは、より高効率で高精度の計算を目指し6

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February, 2015

デンマーク Aarhus 大学の Frans Mulder 教授は、タはレプリカ置換法についても紹介された。岡本班員ら

ンパク質のガラス性転移に関する研究成果を発表されが考案したレプリカ交換法は、高効率のサンプリング

た。200-230K 付近で見られるこの転移はタンパク質周法として現在では世界中で広く用いられているが、最囲の水の相転移に由来すると考えられている(“the近、奥村班員は Suwa-Todo のアルゴリズムを採用する

protein is slaved to the solvent”)。非弾性中性子ことで更に強力なサンプリング法の開発に成功してい線散乱と NMR は、平均化されたグローバルな情報と、る。講演ではハミルトニアンレプリカ交換法を用いた部位特異的な局所的な情報をそれぞれもたらす。特にアミロイドベータの多量体形成過程に関する成果が報

NMR を用いた測定からは、低温での転移に関わると考告された。

えられるメチル基の様々な運動が、それぞれ異なる時
間スケールで特徴づけられることを示した。その結果、周囲の水とタンパク質は強くカップルしているものの、タンパク質内部のダイナミックスは heterogeneousな応答を示すことを明らかにした。相補的な測定を駆使しながら、タンパク質のガラス転移の本質に迫った研究であった。

奥村久士班員
シンポジウムの最後は、若手研究者によるセッションであり、分子科学研究所の山口拓実研究分担者（A03
班）と京都大学の山本武志研究分担者（A01 班）が招待講演を行った。山口氏は、溶液中でのオリゴ糖について、ランタノイド標識を利用した NMR でアプローチ
Frans.A.A.Mulder 先生
分子科学研究所の奥村久士班員（A03 班）はアミロ
イドに関わる分子シミュレーションの成果を報告した。
一つ目は超音波による破壊過程であり、sin 曲線状に圧力を時間変化させることで、この非平衡シミュレー
ションに成功している。負圧時にアミロイド周辺に気泡が生じて成長し、やがて周囲の水分子がなくなり孤立状になってもアミロイドの構造に大きな変化はない。
しかし、その後再び正圧となると、水分子がアミロイ
ドにアタックして破壊することを見いだしている。異なる長さのアミロイドに対して系統的に調べた結果、短いほど気泡が出来にくく、複数回の圧力変化が必要になるなど、より壊れにくくなるそうだ。また講演でするとともに、岡本班員（A03 班）のグループによる分子動力学計算と組み合わせることで、その原子レベルのダイナミックス明らかにしている。三つの枝分かれをした糖鎖からわずか一残基を取り除いただけでもダイナミックスが変わるそうで、柔軟な配置を持つ分子の複雑さと面白さを感じさせた。山本氏は、平岡秀一班員（A02 班）のグループで開発されたナノキュー
ブの生成に関して、量子化学と統計力学を駆使した研究成果を発表した。６つのモノマーが集合してナノキューブを生成するエネルギーについては、既に立川仁典班員（A02 班）らによる量子化学計算からその概要が明らかになっているが、今回の計算では更に精度を向上させるとともに、積分方程式理論を用いて溶7

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February, 2015

媒和自由エネルギーを算出している。配置エントロ談や、サイエンス観の議論に至るまで、くつろいだ雰

ピーの寄与も含め、これらを総合的に評価する事が、囲気での懇談は連日深夜にまで及んだ（まったくの余

その生成メカニズムを理解する上で極めて重要である談であるが、筆者は宿の大浴場で偶然 Griesinger、ことが示された。形成経路や混合溶媒の役割、内部のMulder 両先生とご一緒し、風呂上がりに自由討論会場

溶媒など、今後の進展が期待される。

でもお話させて頂いた）。こうした場は、大学・研究所
等の所属を超えた共同研究はもちろんのこと、新しい人の繋がりを産み出す好機となっているようである。
特筆すべきは、数多くの学生もこの場に参加していたことであろう。日々実際に研究に取り組んでいる同じ立場にある若い世代の人達だからこそ共有できることもあろうし、それまでには思いもよらなかった新しい
考え方に気付く事もあるだろう。文字通り朝から晩ま山口拓実班員で、濃密な討論に集中できる大変貴重な時間であった。
極めてレベルの高い国際シンポジウムであったことは疑いないが、それだけに留まらない、実り豊かな機会となった。
全体を組織して下さった岡本祐幸先生、榮慶丈先生、また秘書の高崎順子さん、加藤和歌さん、そして協力して下さった岡本グループの学生の皆さんに厚く御礼申し上げます。また本稿執筆にあたってご意見を頂戴

山本武志班員した上久保先生にも御礼申し上げます。

２日間の渡るシンポジウムは、別記のようにポス
ターセッションやそのプレビュートークもあり、さらには夕食後には自由討論のための会場が設けられ、いずれの日も数多くの方が集った。その日の講演内容についての意見交換はもちろんのこと、研究に関する相8

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February, 2015

第3回

国際シンポジウム報告

2ており、研究代表者だけでなく学生やポスドク、若手スタッフが熱心に発表をしていたのが印象的であった。
激戦だったとのことで、審査にあたられた先生方は大飯野亮太（自然科学研究機構 岡崎統合バ
イオサイエンスセンター・A02 公募研究代表者）変だったと推察するが、とても良い取り組みだと思う。
次に、個人的に興味深かった招待講演について記述する。どの発表も素晴らしかったが、私の能力と紙面の制約の都合上、すべてをご紹介しきれないことをあ1 月 10-11 日に三重県志摩市のリゾートホテル「合らかじめお詫びしておく。1 日目の午前には、内橋貴歓の郷」で行われた本新学術領域の第 3 回国際シンポ之先生（A01 公募班、金沢大学）が高速 AFM を用いたジウムに参加しポスター発表を行った。本稿では、シ

概日時計タンパク質 KaiABC システムおよび分子シャ

ンポジウム全体の印象や、個人的に興味深かった招待

ペロン ClpB の 1 分子観察について講演された。KaiA,

講演について報告する。

KaiB, KaiC はシアノバクテリアの概日リズムを担うタ

まずはシンポジウム全体の印象について。シンポジ

ンパク質であり、これら 3 種のタンパク質と ATP のみウムが行われた合歓の郷はまさにリゾートであり、広で KaiC のリン酸化レベルが 24 時間のリズムを発生す

大な敷地の中に様々な施設が点在するとても贅沢な空ることが知られている。本新学術領域では内橋先生だ間であった。幸い晴天にも恵まれ、休憩時間に敷地内

けでなく、秋山修志先生（A01 公募班、分子研）や寺の散歩を楽しんでいた方も多かったようである。私も内一姫先生（A03 公募班、立命館大学）も様々なアプ

2 日目昼の休憩時間に施設内の「東の見晴し台」まで

ローチで精力的に研究に取り組んでいる非常に興味深

歩き、美しい海を眺めることが出来た。このような素いタンパク質複合体である。内橋先生のご講演では、晴らしい場所での開催に尽力されたオーガナイザーの

KaiA と KaiC または KaiB と KaiC のダイナミックな複

皆様に感謝する。

合体形成と解離の様子が動画で紹介された。特に、KaiC
リングの上で KaiB が 6 量体リングを協同的に形成する
動画は必見であった。KaiB の KaiC への結合部位が生化学実験から提示されたモデルと異なるとのことであったが、百聞は一見にしかず、をまさに地で行く素晴らしい成果であった。尚、ClpB についても興味深い結果が発表されたが、筆者との共同研究であり手前味噌になるので説明は割愛させて頂く。

「東の見晴し台」からの眺め
シンポジウムは海外からの招待講演 6 件、班員による招待講演 8 件、ポスター発表 89 件で構成され、見ど
ころ聞きどころ満載であった。招待講演のほぼ全てで持ち時間を越えた活発な質疑応答が行われていた。個
人的には、各講演の質問時間はもう少し長くても良かったと思う。またポスターセッションにおいても、

内橋貴之班員

講演に負けない活発な議論が行われていた。特に今回、若手研究者のポスター発表を対象に若手賞が設けられ

9

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February, 2015

2 日目の午前には Hajin Kim 先生（Ulsan National

ユニークな取り組みを講演された。フェリチンは鉄のInstitute of Science and Technology）が、大腸菌リ貯蔵を担うカゴ型タンパク質である。鉄を含まない空ボソーム 30S サブユニットの複合体形成ダイナミクスのフェリチンの変異体を作製し、パラジウムやルテニの 1 分子蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）計測についウムの有機金属錯体を内部に効率よく多数内包できるて講演された。リボソームの 30S サブユニットは 20

ことを示していた。また、内包された金属錯体を触媒

種のタンパク質と 16S rRNA から構成される巨大な生体サイトとした人工金属酵素の創生にも成功していた。

高分子複合体である。30S リボソーム複合体の形成でさらには、一酸化炭素（CO）を配位したルテニウムをは、16S rRNA に結合するタンパク質サブユニットの順

内包したフェリチンをほ乳類培養細胞株に取り込ませ番が決まっており、さらに各タンパク質の結合は協同て細胞内で CO を放出させ、CO 依存的な細胞内シグナ

的に起こることが報告されている。しかしながら、各ル伝達を活性化することにも成功していた。またカゴタンパク質の結合が 16S RNA のどのような構造変化を型タンパク質だけでなく、T4 バクテリオファージの細引き起こすことで順番が規定され協同性が誘発される菌への感染を担うタンパク質 gp5 の C 末端 β へリックのかは明らかになっていない。Kim 先生らは 16S RNA

ス部位を利用した針型タンパク質複合体、β-PN の開に初期段階で結合する S4 タンパク質に着目し、
16S RNA発を報告された。β-PN は細胞膜を自発的に透過し細‐S4 タンパク質複合体形成時に起こる 16S RNA の構造

胞内に入り込むとのことであった。β-PN による細胞変化を１分子 FRET で計測した結果を発表された。

の制御等、今後の展開が楽しみである。

Fluctuating encounter complex, Flippedintermediate complex, Native complex の 3 つの状態が検出されたとのことであった。また、Mg2+濃度に依存し構造変化のダイナミクスが大きく変化することも示していた。3 色 1 分子 FRET や全原子分子動力学計算
を組み合わせて構造変化の詳細を明らかにし、S4 タン
パク質の結合によって 16S RNA の取りうる構造集団の分布が変化する、改訂版 induced fit モデルを提案していた。

上野隆史班員Gwénaël Rapenne 先生（CEMES-CNRS / University of
Toulouse）は有機合成のテクニックを駆使したナノ
カー、ナノ手押し車、ナノモーターといった人工分子
機械の合成と走査型トンネル顕微鏡（STM）による 1分子観察、1 分子操作について講演された。ナノカー、
ナノ手押し車は STM の探針で押すことで車輪に当たる
Hajin Kim 先生
2 日目の午後には生体高分子‐有機金属ハイブリッ
ド、人工分子機械、温度感受性高分子といった様々なテーマの興味深い講演がなされた。上野隆史先生（A02
公募班、東工大）は改変した生体高分子を有機金属錯体とハイブリッド化することで新たな機能を付与する

部位が回転し、基板と相互作用しながらも直進運動できることを示していた。今年はナノカーのレースを開催するとのことであった。複雑な化学構造を持つ有機分子を自在に合成する手腕に感銘を受けたが、個人的に圧巻だったのはナノモーターである。ルテニウムを間にはさみ、基板固定側は 3 回対称、探針側は疑似 5回対称の構造を持つ分子である。探針側の 5 回対称構

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“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
Newsletter Vol. 18

February, 2015

造部位が回転ブラウン運動を行うのだが、STM の探針

会合定数が 10 以下だと LCST を持つ挙動、103 以上だとから電子を注入することで回転ブラウン運動の方向性

UCST を持つ挙動を示すとのことであった。さらに化学を制御できるとのことであった。いわばナノサイズの反応でエフェクター分子の濃度を変化させることで、電気モーターである！回転運動のステップサイズの測定温下で温度感受性高分子の溶解性を制御することに定や回転ポテンシャルの計算も行っており、生体分子も成功していた。現在は温度感受性高分子の側鎖に触モーターを研究している筆者にとって最も惹きつけら媒能を持つ部位の導入に取り組んでおり、その触媒活れた講演であった（余談であるが Rapenne 先生は筆者

性をエフェクター分子の濃度変化で「アロステリックのポスター発表に大変興味を持って下さり、フランスに」制御したいとのことであった。

に来る機会には是非連絡を、とのお言葉を頂いた。光栄である）。ナノモーターに電子を１個ずつ注入して応答を計測することも可能とのことであり、今後は、エネルギー変換効率や発生トルクなど、ナノモーターの特性の詳細を是非知りたい。

佐田和己班員
報告は以上である。皆様の素晴らしい成果を楽しむと同時に、私も皆さんに「面白い！」と思って頂ける
Gwénaël Rapenne 先生

研究をしなければと改めて気を引き締めた次第である。

佐田和己先生（A02 公募班、北海道大）は低分子エフェクターによる温度感受性高分子の溶解性制御について講演された。温度感受性高分子には、低温で可溶、高温で不溶になるタイプ（転移温度を lower criticalsolution temperature, LCST とよぶ）と逆に低温で不溶、高温で可溶となるタイプ（転移温度を upper
critical solution temperature, UCST とよぶ）の 2種がある。ご講演では、温度感受性高分子の側鎖と相互作用する低分子エフェクターの濃度を制御すること
で、LCST や UCST が幅広い範囲で制御できることをクリアに示されていた。側鎖とエフェクターの相互作用には水素結合、電荷移動相互作用のどちらも利用でき

懇親会の様子るとのことで、水素結合では例えば尿素（側鎖）と1-dodecanol（エフェクター）、電荷移動相互作用ではピレン（側鎖）と N,N’-bis-(2-ethylhexyl)
pyromellitic diimide（エフェクター）等が用いられていた。側鎖とエフェクターの親和性が重要であり、

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“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
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February, 2015

第３回 国際シンポジウム報告 3

NMR の手法を他の生物物理学的手法と組み合わせてタ
ンパク質の構造の動態を研究されています。特に、細稲垣直之（奈良先端科学技術大学院大学・A03 計画研究代表者）

胞内のシグナル伝達を担うタンパク質カルモデュリン
がいかにして分子を認識するのか、また、VDAC というミトコンドリア外膜に存在するイオンチャンネルが、どのようにしてイオンを透過させるのかについて最新の研究成果をご紹介いただきました。最先端の手法で2015 年 1 月 10－11 日、三重県・伊勢志摩の合歓の解析することにより、分子構造の動態による機能の発里で、新学術領域研究「生命分子システムにおける動現が詳細に解明されつつある点がとても印象的でした。

的秩序形成と高次機能発現」主催による第 3 回目とな

アメリカのエール大学から来日いただいた Anthony

る国際シンポジウム「International Symposium on

Koleske 先生は、脳の活動や記憶を担う神経細胞のシDynamical Ordering of Biomolecular Systems for

ナプスの研究をされています。今回、Koleske 先生は、Creation of Integrated Function」が開催されました。

アクチンと Arg、コルタクチンという３種類のタンパ

今回のシンポジウムにも、国内外から物理学、化学、

ク質が動的な集合体を作ることによってシナプスのス

生物学といった幅広い分野の研究者の皆様にお越しい

パインという構造体の形成と維持を引き起こすこと、

ただきました、また、異分野間かつ英語での発表にもまた、この過程にインテグリンという膜タンパク質のかかわらず、会場ではとても活発な質疑応答と議論がシグナルが重要な働きをすることを示されました。こなされ、前回にも増して盛況でした。

のような分子機序に異常が起こると、知的障害や自閉

2 日間の講演の部では、海外からお招きした先生も症のように脳の働きに障害が起こることもご紹介いた含めて 14 題の発表があり、A03 班「動的秩序の展開」

だきました。タンパク質の集合・離散に関する研究がからは、真行寺千佳子先生（東京大学）、奥村久士先生

病気の原因解明や治療法の開発にもつながる可能性を（自然科学研究機構・分子科学研究所）、山口拓実先生

示唆する興味深いご講演でした。

（自然科学研究機構・分子科学研究所）の講演がありました。以下に、招待講演を中心に講演内容の一部をご紹介させていただきます。

Anthony Koleske 先生
フランスの CEMES-CNRS・トゥールーズ大学からお越しいただいた Gwénaël Rapenne 先生は、Technomimetic
Christian Griesinger 先生

molecule の研究を推進されています。Technomimetic
molecule は、私たちが肉眼で見ることができるような本領域の評価委員を務めていただいているドイツ・

大きな物体の働きを、少数の分子を用いて再現するもマックスプランク研究所の Christian Griesinger 先生

ので、今回、分子モーターの機能を持つ Technomimeticには、京都で行われた第２回の国際シンポジウムに引

molecule の開発についてご紹介いただきました。ご講

き続いてご講演をいただきました。Griesinger 先生は、

演では、数々の試行錯誤の末に電気エネルギーを使っ12

“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
Newsletter Vol. 18

February, 2015てモーターの様に回転する 2 nm x 2 nm のサイズの微内の異分野の先生方との議論は、新しい視点から見た小な分子を試作される課程が示され、Rapenne 先生が共同研究のアイディアや今後の研究指針つながります。

作製された Technomimetic molecule の小ささに驚くと考え方やバックグラウンドが異なる研究者との議論は、ともに、技術のさらなる発展と産業への応用の可能性

初めのうちはかみ合わないことが多いのですが、繰りを感じました。

返し議論を重ねてゆくうちに予想もしなかったアイ

A03 班員の東京大学・真行寺千佳子先生は、本領域ディアが出ることが少なくありません。本領域には、でウニの精子鞭毛の動きを研究されています。鞭毛は、このような化学反応を触媒するポジティヴな環境が生ダイニンというモーター分子が微小管と相互作用をす

まれていると感じています。今回のシンポジウムも、ることにより精子の推進力を生み出します。ここで興考え方や世代が異なり、国も異なる幅広いバックグラ

味深いのが、協調的な鞭毛の動きがダイニン分子の時

ウンド研究者が集い、心をひとつにして交流を深めた

空間的に制御された働きが起きて初めて生み出される意義深いシンポジウムでした。

点です。真行寺先生は、このようなダイニン分子の時最後となりましたが、今回の実り多いシンポジウム

空間的制御のメカニズムを解析するために、極めて微をオーガナイズされた名古屋大学の岡本祐幸先生と研小なガラス針を用いて微小管に力を加えてダイニンの究室の方々に深く感謝を申し上げます。

動きを観察され、今回のご講演では、ダイニン分子にかかる力がダイニン分子の働きを変えることを示唆す
る興味深いデータを報告されました。真行寺先生の研究成果は、ダイニンの時空間的制御機構に新たな視点
から光を当てると考えられます。

真行寺千佳子班員
一方、ポスターセッションの部では、学生やポスド
クをはじめとする若手研究者の活躍が目立ちました。
会場は熱気にあふれ、招待演者やアドバイザーの先生方も積極的にポスターセッションを回られて議論を楽しまれているようでした。また、学生さんからも、研究成果を著名な先生や異分野の研究者へ直接説明するという経験は大変貴重だったとの感想を聴きました。
若手研究者間の研究室を超えた交流も盛んでした。このような若手の方々の活躍が、これから本領域を牽引してゆくものと確信しております。
私は、生化学や細胞生物学が専門ですが、本領域のシンポジウムや会議に参加することで毎回刺激を受けております。アドバイザーの先生方のコメントや領域

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“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
Newsletter Vol. 18

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国際シンポジウム・Poster Presentation

もちろんポスター発表も、それ以上の盛り上がりを見せた。審査については、外国人招待講演者にも分担Awardをお願いし、皆さん熱心にポスター発表を聞いてまわって下さった。学生側からも、「◯◯先生が来て下

岡本祐幸(名古屋大学 理学研究科 A03 計画研究代表者)
佐藤啓文(京都大学 工学研究科 A01 計画研究代表者)
平岡秀一(東京大学 総合文化研究科 A02 計画研究代表者)
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)

さった」「自身の進める研究に対して有意義なアドバイ

2015 年 1 月 10 日-11 日に開催された国際シンポジウ“Dimer formation of A(29-42) studied by theム “The 3rd International Symposium on Dynamical
Ordering of Biomolecular Systems for Creation ofスを貰えた」など、大変好評であった。
厳正な審査の結果、以下の四名の方が栄えある受賞者となった。
P004 藤田健太

東京工業大学“Identification

andcharacterizationof

Rho-GEFs involved in cyclic stretch-induced
reorientation of vascular endothelial cells”
分子科学研究所

P008 伊藤暁

Hamiltonian replica-permutation method”
P019 大須賀孝史 東京大学

Integrated Functions”において、大学院生や若手研“Molecular assembly of gold ion clusters with

究者を対象とした Poster Presentation Award が創設

a tray-shaped gold complex”

された。これは研究活動の活性化はもちろんのこと、

P030 矢木真穂

領域として若手研究者の育成を促進し、奨励すること“NMR

が目的である。発表申し込み時に登録をした方は初日

interaction

夕刻にポスター発表を行ったが、それに先だって申請

intrinsically disordered proteins”

岡崎統合バイオサイエンスセンター

approachesofformolecular

characterizing
chaperons

with

者全員が各プレビュー発表を行った。一人１分間という限られた時間内で、研究のアピールを十分にするのはなかなか容易ではない。特に多数を占める大学院生・大学生にとっては英語での発表の機会は生まれて初めてだったのではないだろうか。しかしながら各々が原稿を練り込み、研究への思い入れが十分に伝わる素晴らしい発表だった。全体で 40 分余りを要したが、領域に参画している多数の研究室の現状を一望する絶好の機会となった。

ポスター賞を受賞された 4 名の皆さん

プレビュートークの順番を待つ皆さん

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（複合体 B、図 1b）。ミオグロビンを用いて CO 放出を

藤田健太（東京工業大学 大学院生命理工学研究科 博士後期課程三年）追跡したところ、複合体 A、B は従来利用されてきたRuCO 錯体と比較しておよそ 18 倍ゆっくりと CO を放出する性質をもつことが分かった。さらに、複合体 B はA と比べて二倍量の CO を放出することも分かった。さ1. はじめに一酸化炭素(CO)は細胞内のシグナル伝

達を担うガス分子であり、ヘムがヘムオキシゲナーゼに分解されることによって pM 程度の極低濃度産生されている。CO は他の生体ガス分子である一酸化窒素(NO)や硫化水素(H2S)と比較して非常に反応性に乏しく、その細胞内での濃度や動態を追跡することは困難であった。そこで、細胞外から CO releasing molecules(CORM)と呼ばれる金属カルボニル錯体を導入することらに、これらの複合体が、細胞の保護に寄与する核転
写因子 nuclear factor B (NF-B)を効率的に活性化することも見出した。本研究での成果より、CO 放出速
度を遅くし、尚且つより多くの CO を細胞内で放出することが、NF-B を活性化させるシグナル伝達を駆動させることが出来るという新たな知見を得た。今後は光刺激による CO 放出で細胞内 CO 放出の時間・空間的な制御を目指す。

によって細胞内の CO の作用を解明する研究が進められてきた。しかし、CORM は(1)細胞内での安定性が低く、分解されてしまい、CO 放出が数分程度で完了してしまう、(2)細胞への取り込み効率が低いといった課題があり、いまだ CO の機能には分からない部分が多く残されている。
2. 研究内容

図 1．(a)アポ Fr の X 線結晶構造．(b)複合体 A，B の X 線結晶構造．

そこで本研究では、CORM を用いた細胞内 CO 輸送系の問題点の改善のために、かご型蛋白質集合体であるフェリチン(Ferritin, Fr)をキャリア分子として用いることを提案した（図 1a）。Fr はこれまでに、金属錯体をベースとした種々の薬剤分子やイメー
ジング分子の細胞内キャリアとして利用されており、また、有機金属錯体分子を内包した人工金属酵素の基盤としても用いられている。これらの特徴を活かし、新規 CORM 輸送分子の開発を目指した。ここでは、Frと CORM の複合体の結晶構造解析、集積錯体の配位構造制御による CO 放出挙動及び細胞機能への影響についてまとめる。

3. 謝辞

本研究は、東京工業大学大学院生命理工学研究科上野隆史（A02 公募研究代表者）研究室にて行われたもので、上野先生には日頃から多大なるご指導を頂いており、この場をお借りして厚く御礼申し上げます。また本研究は、内閣府支援 最先端・次世代研究開発支援プログラム（課題番号 LR019）からの研究助成のもと行われました。蛋白質結晶の X 線回折データはSpring-8 ビームライン BL38B1（課題番号 2013B1262,
2013B1382）にて行われた測定で取得しました。
4. 参考文献

K. Fujita et al., J. Am. Chem. Soc.,

136, 16902-16908 (2014). DOI: 10.1021/ja508938f.

アポ型の Fr と RuCO 錯体の複合体 A を合成し、X 線結晶構造解析により、結合した RuCO の構造を同定した（図 1b）。この RuCO の配位構造を変換するための変異体を設計・合成し、複合体の結晶構造を明らかにした15

“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
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含むような系に対するシミュレーションも行い、そのオリゴマー形成過程を明らかにしていきたいと考えて伊藤暁（分子科学研究所
・A03 公募研究連携研究者）

います。A(29–42)の二量体化の研究に関してはニュースレター第 16 号にも記載されているので、興味をお持
ちいただいた方はそちらもご一読いただければ幸いです。

2015 年 1 月 10 日・11 日の日程で開催された新学術

今回のシンポジウムでポスター発表時に感じたこと

領域研究「動的秩序と機能」の第三回公開シンポジウ

として、学会等のポスター発表と比較して非常に熱心

ムにおいて、“Dimer formation of A(29-42) studied byに聞いて下さる方が多く、かつ詳細な部分まで質問がthe Hamiltonian replica-permutation method”というポス及ぶことが多かったように思います。ポスター時間がター発表に対して Poster Presentation Award をいただく

長めに設定されていたと思いますが、あっという間にことができ大変光栄に思います。これを励みに現在の終わった印象です。また、ポスター発表中の議論の中研究をさらに発展・推進させていきたいと考えていまで研究を進める上でのヒントをいただくことができ、す。まず、今回のシンポジウムで発表した研究の内容

大変有意義であったと感じています。

を簡単に紹介します。
アルツハイマー病はアミロイドベータペプチド（A）今回ポスター発表した研究は分子科学研究所の奥村久士准教授との共同研究であり、このような栄えあるが凝集して不溶性のアミロイド線維を形成することで賞をいただくことができたのも本研究に対する奥村准引き起こされると考えられています。今回研究対象と教授の様々なアドバイスによる所が大きいと考えていした A(29–42)は Aの 29 番目から 42 番目の残基からます。末筆ではありますが、感謝申し上げたいと思いなる C 末端部分のフラグメントで、この部分が Aのます。

アミロイド線維形成を促進すると考えられています。
また、このフラグメントのみでアミロイド線維を形成することが実験的に知られています。この A(29–42)に対して、アミロイド線維形成の初期段階である二量体形成がどのように起きるのかをハミルトニアンレプ
リカ置換分子動力学シミュレーションにより調べました。ここで、ハミルトニアンレプリカ置換分子動力学
シミュレーションは温度一定の分子動力学シミュレー
ションやレプリカ交換分子動力学シミュレーションと比較して生体分子に対する効率的な構造探索を実現することができるシミュレーション手法です。
シミュレーションの結果、A(29–42)は二分子が離れている時にはランダムな構造をとっており、分子同士の側鎖がコンタクトする程度に近づくと-ヘアピン構
造をとることが分かりました。このような分子内シート構造が存在すると、さらに分子同士が近づいた
時に分子間-シート構造が形成されやすくなり、二量懇親会で同じくポスター賞を受賞された矢木真穂さん

体化が促進されることも分かりました。今後はと。

A(29–42)分子の数を増やし、オリゴマーがどのように形成されるのか調べる予定です。また A全体を複数

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Newsletter Vol. 18

February, 2015

多核錯体として、芳香環を架橋配位子にもつ Au(I)
三核錯体に着目しました(m = 3)。さらに、トレー型の
Au(I)三核錯体 1 を足場として三核錯体の積層を制御す大須賀孝史(東京大学大学院
科・博士課程３年)ることで、様々な Au(I)三次元配列を構築しました。積

工学系研究

層数(n)は、溶媒条件や Ag(I)イオンの添加に応じて一
義的に定まりました(n = 2–4) (図 2)。

今回の国際シンポジウムでは、国内外の研究者の皆様と 4 日間、泊まり込みで交流する機会に恵まれました。とりわけ、多様な研究領域を牽引されている先生
方のご講演や、異なるバックグラウンドを持つ皆様に接することができたポスターセッションは良い経験と「動的秩序と機能」シンポジウムなりました。これは、ならではの貴重な機会であり、本シンポジウムが今後の研究展開につながる有意義な場であると感じました。
学会運営に携わってくださった先生方、スタッフの皆様にこの場をお借りして御礼申し上げます。また今回の発表にあたり、東京大学大学院・工学系研究科の藤田誠教授にご指導を賜りました。さらに、村瀬隆史主幹研究員(現:山形大学准教授)および A02 公募研究代
表者の澤田知久助教には多くのご助言を頂きました。

図 2：トレー型 Au(I)三核錯体 1 と平面状 Au(I)三核錯

厚く御礼申し上げます。

体 2 を用いた Au3–Au3 配列 1•2, Au3–Au3–Au3 配列

本シンポジウムにおける発表内容に移ります。複数1•2•1, Au3–Au3–Ag–Au3–Au3 配列 1•2•Ag+•2•1 の合成。

の金属イオンを近接させると、お互いに影響し合うことから、単核では見られない性質が期待されます。さトレー1 は、周囲のピリジル基がせり上がっており、らに、金属配列を自在に設計できれば、金属の種類・上部に浅い疎水場があります。トレー1 の水—アセトニ

数・配置に応じた物性の発現につながります。本研究トリル(7:3)混合溶液に三核錯体 2 を混合すると、安定

では、平面状の多核錯体を積層することで、[m  n]型

な 1:1 会合体 1•2、すなわち Au3–Au3 配列が得られましの金属イオン三次元配列を構築しました。配列を構成た。一方、水中では 2 分子のトレー1 が三核錯体 2 をする金属の数(m  n)は、多核錯体の金属数(m)と積層数

上下から挟み、Au3–Au3–Au3 配列 1•2•1 を定量的に与(n)により厳密に規定できます(図 1)。

えました。さらに水中、AgNO3 存在下では
Au3–Au3–Ag–Au3–Au3 配列 1•2•Ag+•2•1 が選択的に得られました。NMR による解析と、X 線結晶構造解析の結果、Au(I)イオンと Ag(I)イオンは近接しており(2.75–2.86 Å)、会合体 1•2 同士をつないでいることが分かりました。
以上のように、浅い凹みをもつトレー型錯体を利用することで、様々な金属配列を自在に構築することに

図 1：多核錯体の積層による[m  n]金属イオン三次元

成功しました。今後、金属間相互作用による物性の解

配列の構築

明や数ナノメートルサイズの材料としての利用が期待
されます。

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Newsletter Vol. 18

February, 2015

まっています。本発表では、NMR 分光法を用いた分子シャペロンと Aβ との相互作用解析の結果を報告し、分子認識メカニズムについて議論することができました。

矢木真穂（自然科学研究機構
岡崎統合バイオサイエンスセンター・特任助教）

今回のポスター発表を通じて、NMR 解析の観点や物性の観点、タンパク質フォールディングやアミロイド研究の観点といったように様々な観点から数多くのご意見をいただくことができました。多角的なものの見方を忘れずに、今後の研究展開に是非活かしていき

この度、当新学術領域 第 3 回国際シンポジウムにおたいと思います。また、分子シミュレーションや化学

いて、Poster Presentation Award を受賞いたしました。

分野の方々も発表を聞きにきてくださり、ポスター発

多くの素晴らしいポスター発表の中から選出していた表を通じて交流を深めることができました。今回の受だき大変光栄です。加藤晃一教授をはじめ、共同研究

賞を励みに、より一層研究に勤しんでいきたいと思い者の方々や研究室メンバーに深く感謝申し上げます。

ます。

また、オーガナイザーの先生方をはじめ、評価してくださった先生方、ポスターを聞きに来てくださった皆様に深く御礼申し上げます。

受賞後、矢木さんと研究室メンバー

ポスターセッションの様子
今 回 私 は 、 “NMR Approaches for Characterizing
Interactions of Molecular Chaperones with Intrinsically
Disordered Proteins”というタイトルで、分子シャペロン
によるアミロイド β（Aβ）タンパク質の認識メカニズ
ムについて発表させていただきました。アルツハイ
マー病やパーキンソン病をはじめとする神経変性疾患の多くは、特定の構造を持たない天然変性タンパク質

1 分間プレビュー発表の異常な凝集体が神経組織に蓄積することによって引き起こされると考えられています。最近、分子シャペ
ロンが Aβ や α シヌクレインといった神経変性疾患関連タンパク質の凝集抑制に寄与していることが報告されており、分子シャペロンとこれら疾患関連タンパク質の相互作用および凝集抑制メカニズムに注目が集

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“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
Newsletter Vol. 18

February, 2015

アンケートの結果について

本領域とご自身の研究との関わりについて

今回の国際シンポジウムでも、参加下さった方を対とても近い

象にアンケート調査を行い、４０名あまりの方からごある程度近い

回答を頂戴した。

ふつうやや離れている今回のシンポジウムの大きな特長の一つは、比較的全く異なる

若い世代の参加者が多かったことではないだろうか。
アンケートの結果からは、参加者のうち、35 歳以下のが「よく理解できた」もしくは「理解できた」と回答
参加者年齢分布21-25歳26-30歳
31-35歳36-40歳されており、いずれの分野からも、その意図するところがよく共有されていると言える。
非常に興味深いのは、本領域とご自身の研究分野と41-45歳については、多くの方が分野として「とても近い」「あ46-50歳る程度近い」と認識されている一方で、「ふつう」ある

51-55歳いは「やや離れている」分野として認識されている方56-60 歳も一定数いらっしゃることである。寄せられた中には、

61-65歳各人の研究に注力される一方で、領域全体の方向性を方が半数近くにも及んでいることが分かる。今回は意識した話が少なかったとのご指摘もあり、今後、班Poster Presentation Award を設定したこともあり、員間のコミュニケーションをさらに深めることで、新ポスターセッションやそのプレビュートークを中心としい領域の輪郭を徐々に明確にしていくことを目指しして、自身の成果をアピールする大学院生や若手研究たい。

者の積極的な姿勢が印象に残った。
本シンポジウムについて
専門分野大変満足した
やや満足した
満足した

化学

やや不満である

生物

不満である

物理

大変不満であるその他
しかし、多くの方との意見交換や議論が出来た、あ
参加者の殆ど全ては研究活動に携わっているが、そるいは、学生さんに対しても良い教育効果があった等、の分野は化学と生物が拮抗して大部分を占めながら、参加された方には概ね満足いただけたように思う。日

物理学がこれに続いていることが分かる。本新学術領程告知やポスターセッションの方法などに対しては改域の目指すところを直接反映したバランス、と言えよ

善を求める意見も頂戴しており、今後の機会に反映しう。領域の目指す研究の方向性についても、全ての方

たい。

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February, 2015
The 3rd International SymposiumonDynamical Orderingof Biomolecular Systemsfor Creation of Integrated Functions

PROGRAM
January 10 (Saturday)
9:00 –9:10
Opening Address by Koichi KATO
9:10 –9:50
L-1: Christian GRIESINGER(Max-Planck Institute for Biophysical Chemistry)“DYNAMICS OF BIOMOLECULAR SYSTEMS STUDIED BY NMRANDFURTHER BIOPHYSICAL TECHNIQUES”
9:50 –10:20
L-2: Takayuki UCHIHASHI(Kanazawa University)“HIGH-SPEED ATOMIC FORCE MICROSCPY FOR STUDYINGDYNAMIC
INTERACTIONS IN BIOMOLECULAR SYSTEMS”
10:20 –10:50
Break
10:50 –11:30
L-3: Anthony KOLESKE(Yale University)“Adhesive and Cytoskeletal Control of Dendrite Development andStability”
11:30 –12:00
L-4: ChikakoSHINGYOJI(The University of Tokyo)“MECHANICAL ACTIVITY OF DYNEIN AND ITS DYNAMICALORDERINGUNDERLYING OSCILLATORY MOVEMENT OF SPERMFLAGELLA”
12:00–12:40
Poster Preview (only poster prize candidates)
12:40–
Group Photo
12:40 –14:30
Lunch Break
14:30 –16:50
Poster I (mostly poster prize candidates)
16:50 –17:30
Break
17:30 –18:10
L-5: Carlos SIMMERLING(StonyBrook University)“PROTEIN FOLDING SIMULATIONS WITH A NEW AMBER FORCEFIELD
AND SOLVENT MODEL”
18:30 –
Banquet20

“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
Newsletter Vol. 18
February, 2015
January 11 (Sunday)
9:10 –9:50
L-6: Hajin KIM(Ulsan National Institute of Science and Technology)“PROTEIN-GUIDED RNA DYNAMICS DURING EARLYRIBOSOMEASSEMBLY”
9:50 –10:20 L-7: Akira NAITO(Yokohama National University)“MOLECULAR MECHANSM OF AMYLOID FIBRIL FORMATION
ANDINHIBITION OF HUMAN CALCITONIN”
10:20 –10:50 Break
10:50 –11:30 L-8: Frans MULDER(Aarhus University)“ON THE ORIGIN OF THE 'PROTEIN GLASS TRANSITION'”
11:30 –12:00 L-9: Hisashi OKUMURA(Institute for Molecular Science)“ALL-ATOM MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS FORAMYLOIDFIBRIL ASSEMBLY AND DISASSEMBLY”
12:00 –14:30 Lunch Break(Coordinator/Advisory Group Meeting)
14:30 –15:00 L-10: Takafumi UENO(Tokyo Institute of Technology)“Designing Dynamic Function of Protein Assembly”
15:00 –15:40 L-11: Gwenael RAPENNE(CEMES-CNRS and University of Toulouse)“TECHNOMIMETIC NANOMACHINES : MOLECULAR WHEELS,VEHICLES,ROTORS AND MOTORS”
15:40 –16:10Break
16:10 –16:40
L-12: Kazuki SADA(Hokkaido University)“MOLECULAR DESIGN OF THERMO-SENSITIVE POLYMERS ANDPHASE
SEPARATION INDUCED BY ORGANIC REACTION”
16:40 –16:55
L-13: Takumi YAMAGUCHI(NationalInstitutes of Natural Sciences)“ELUCIDATION OF THE MOLECULAR BASIS OFOLIGOSACCHARIDEFUNCTIONS BY NMR SPECTROSCOPY ANDMOLECULAR DYNAMICSSIMULATION”
16:55 –17:10
L-14: Takeshi YAMAMOTO(Kyoto University)“MOLECULAR CALCULATION OF FREE ENERGETICS FORNANOCUBE
SELF-ASSEMBLY IN SOLUTION”
17:10 –19:30 Poster II
19:30–
Closing Remarks by Koichi KATO

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Newsletter Vol. 18

February, 2015

５０名以上もの多くの参加者が集う中で、初めに加「共同研究促進のための計測・計算セミ

藤領域代表から共同研究を実質的に進める上で「今さナー」報告

ら聞けない」と躊躇することも含めて「本音」の話が出来る機会にしたいと、趣旨の説明があった。これを佐藤啓文(京都大学 工学研究科・A01 計画
研究代表者)

引き継いで、最初に座長を務めた村田班員も、「何が分かるのか」「どんな試料・情報を用意したらよいのか」「どのくらい大変（簡単）なのか」という３つのポイントをあげて議論を進める旨を述べられた。

新学術領域は、数多くの研究者が緊密に連携を保ちながら、新しい研究領域を開拓・確立していくことが大きな目標である。とりわけ本領域に参画している研究者の中には、独自の計測あるいは計算手法を開発・展開している方も多く、これらに基づいた連携を幅広く進めることで、生命分子システムに対する従来とは全く異なる視座が開けることが大いに期待できる。一方で、これら高度に専門化した手法を実際に利用する
ためには、各方法が得意とするターゲット、遂行のための必須条件等々についての予備的知識が不可欠である。そこで、こうした情報を共有することで領域内の共同研究を更に推進する事を目的とし、A01 班および
A03 班が中心となって、標記のセミナーを開催した。

最初に登壇した上久保班員はタンパク質を中心とする散乱に関して、簡単に歴史を振り返りつつ、学術論文としての公表に至るまでの実際的な側面にまで踏み込んだ説明をされた。内橋班員は高速 AFM について、
構造変化、結晶ダイナミックスと構造揺らぎの三つ対象に分類して、それぞれの具体例をあげながら測定の詳細を講演された。内山班員は質量分析で得られる情報や、これまでの共同研究であった問題点を具体的に指摘するなど、実践的な立場から話をされた。奥村班
員は、領域内の理論・計算研究者の互いの相関図を示して、それぞれが得意とする分野を紹介された後に、ご自身が用いている分子動力学法を用いた計算について詳述した。池谷班員は、さまざまな NMR 法を俯瞰し、特長と限界を明確にしながら、実際の測定について述「共同研究促進のための計測・計算セミナー」
日時：2015 年 1 月 9 日
14:00-14:10

領域代表・趣旨説明（座長：村田和義班員）
14:10-14:30

上久保裕生班員（溶液散乱）

14:30-14:50

内橋貴之班員（高速 AFM）

14:50-15:10

内山進班員（質量分析）

15:10-15:30

休憩

べられた。最後に村田班員は、三次元電子顕微鏡について、３つのアプローチを軸にしながら講演された。
すべての講演に対して質問が相次ぎ、講演終了は予定
より１時間近く遅くなってしまった。各講演のスライドは班員が閲覧できるように配慮され、今後益々数多
くの共同研究が推進されるものと確信している。

（座長：内橋貴之班員）
15:30-15:20

奥村久士班員（計算・MD シミュレーション ）15:50-16:10

池谷鉄兵班員（NMR）

16:10-16:30

村田和義班員（電子顕微鏡）

16:30－

講師を囲んだフリーディスカッション

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February, 2015

「生命分子ダイナミクスの探求を目指す次世代 NMR 研究会」報告「固体 NMR を用いた分子科学研究」
三島正規（首都大学東京）「NMR によるマルチドメインタンパク質の構造解析の加藤晃一（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）

試み」
山口芳樹（理化学研究所）「レクチンによる分岐型糖鎖の認識」
さらに、今回の研究会メンバーは 2016 年に京都で開公開シンポジウムから 1 日おいた 1 月 13 日に岡崎統催される第 27 回生体系磁気共鳴国際会議(ICMRBS)の合バイオサイエンスセンターで、「生命分子ダイナミク

プログラム委員も兼ねていることから、研究会の後半

スの探求を目指す次世代 NMR 研究会」が行われました。

では生体系 NMR のこれからの国際的動向を見据えた意

本研究会は、今年度新たにスタートした新学術領域「動見交換なども活発に行われました。夕方には有志で懇的構造生命科学を拓く新発想測定技術」（略称：動的構

親会を兼ねた討議を引き続き行いました。半日間の短

造生命、領域代表：神田大輔先生）との共催イベント

いイベントではありましたが、先端的 NMR 研究の方向として行われたもので、2 つの新学術領域の双方の進性について濃密な議論を行うことができました。タン展にとって不可欠な計測技術である NMR 分光法に焦点

パク質をはじめとする生体高分子が動作する姿を活写をあてて、その研究動向を探り、新たな展開の方向性

し、それらがダイナミックな秩序形成を通じて機能発について討議・模索することを目的とするものです。

現に結びつく仕組みを探査するうえで、先端的 NMR 研

研究会に参加したのは我が国の第一線の若手研究者で、究が果たす役割の大きさがあらためて浮き彫りになっ本領域からは私のグループメンバーに加えて茶谷絵理

た極めて有意義な研究会でした。

班員が参加しました。
研究の話題は、溶液/固体 NMR 計測を駆使した生命分子の解析法から最先端の安定同位体標識技術まで多岐に渡りました。以下に話題提供者と演題を紹介します。
神田大輔（九州大学）「新学術領域 動的構造生命の概要」
加藤晃一（自然科学研究機構）「新学術領域 動的秩序と機能の概要」
梅川雄一（大阪大学）「バクテリオロドプシンと周辺脂質の親和性評価」
川村出（横浜国立大学）「固体 NMR による光受容膜タンパク質ロドプシンの構造研究の新展開」
菅瀬謙治（サントリー生命科学財団）「タンパク質のダイナミクスと分子認識」
武田光広（名古屋大学）

研究会終了後の集合写真。
中央が「動的構造生命」（ロゴマーク：右図）領域代表の神田先生。

「高度な安定同位体標識を利用した NMR 解析技術の開発」
茶谷絵理（神戸大学）「アミロイド伸長および初期集合中間体の構造的知見」
西村勝之（自然科学研究機構）

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February, 2015

「分子システム研究における溶液散乱研究会」報告研究会の後は J-PARC の技術懇談会へと場を移し、和やかな雰囲気のもと、講師や世話人を囲んで歓談し秋山修志（分子科学研究所・A01 公募研究代表者）

ました。大学・研究所に加えて企業からの参加者も散見され、溶液散乱が生命システムの基礎研究だけでなく応用に近い分野でも注目されていることを確認する
ことができ、大変有意義な会となりました。

12 月 20 日、愛知県岡崎市にて研究会「分子システ
ム研究における溶液散乱」が開催されました。分子科学研究所主催の本研究会では、当新学術領域、ナノテ
クノロジープラットフォーム、J-PARC 利用者懇談会の協力のもと、国内の溶液散乱コミュニティが一堂に会しました。領域からは、A01 班員の上久保裕生先生、
A03 班の杉山正明先生、そして私が講師／世話人として参加しました。
上久保先生からは「溶液散乱の出版ガイドライン」
についてご講演があり、解析手順や論文投稿時におけるチェックポイントについて詳しい説明がありました。

上久保班員の講演

学生や博士研究員の皆さんには、上久保先生のご講演が今後の研究活動の一助となったのではないかと思います。続いて私から、溶液散乱実験やデータ処理の国際標準化、データベース登録など、コミュニティとして考えていかなければならない点についてお知らせしました。
国際情勢に続いて、国内の小角散乱施設について現状報告がありました。J-PARC の小角・広角中性子散乱装置「大観」（高田慎一先生、J-PARC）、フォトンファ
クトリーの小角散乱ビームライン（清水伸隆先生、高エネ研）、SPring-8 理研構造生物学ビームライン I(BL45XU)（引間孝明先生、理研）、実験室系小角実験

秋山班員の講演装置の現状（伊藤和輝先生、リガク）、そして杉山先生
からは中性子溶液散乱ビームラインの国際情勢や稼働状況について説明がありました。
施設側の発表に続いて、静岡大学の岡俊彦先生、岡山大学の山下敦子先生、そして生物研の加藤悦子先生
より、溶液散乱を駆使した生命科学研究についてご講演頂きました。溶液散乱についての出版ガイドライン、
世界情勢、中性子や X 線のビームラインの現状と将来
計画、最新のサイエンス…、会期は半日と短めでしたが内容の濃い研究会となりました。プログラムの詳細については研究会のホームページを確認ください。
（http://bms.ims.ac.jp/SAS01/program.html）

歓談中の領域メンバー

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ただき、セミナーの後で“Congratulations! ”とお褒めの言葉をいただきようやく安堵した次第です。

台湾訪問記

セミナーの後は直ちに車でレストランに移動しました。実は、この日は中村宏樹前分子研所長が國立交通大學を退任して日本に戻られる送別会で、主催者の李

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）

遠鵬（Yuan-Pern Lee）先生の格別のお計らいで三澤先生とともにこの送別会に参加させていただきました。
因みに李先生のお兄様にあたる李遠川（Yuan Chuan Lee）
教授（Johns Hopkins 大学生物学科）は糖鎖科学の研究でご高名であり、私も共同研究などを通じてお世話

12 月 11－12 日に台湾・新竹に國立交通大學を訪問になっています。中村先生ご夫妻と林聖賢先生とは同いたしました。ホストは本領域の評価委員をおつとめ

じ卓を囲んで、アジアの中における日本の研究情勢ないただいている増原宏先生です。私にとっては 5 度目

どについて、打ち解けた雰囲気の中でお話しすることの訪台ですが、これまでの訪問先は決まって中央研究ができました。

院でしたので、台北以外の土地を訪れるのはこれがは

このように学術的にも文化的にも極めて得難い交流

じめてです。台湾そして國立交通大學については、奥の場をアレンジしてくださいました増原先生にあらた

村久士班員が極めて詳しい紀行文を書かれていますの

めて感謝申し上げます。

で繰り返しは避けますが、私が訪ねた時期はいつにな
い冷え込みだったらしく、小雨と木枯らしの中の訪台となりました。
ちなみに前回の訪台は 9 月 11－13 日で、このときは中央研究院の黃太煌（Tai-Huang Huang）博士からのお招きだったのですが、3 か月の間の台湾の季節の移ろいを実感いたしました。
（実はそのとき中央研究院の方々には、12 月に國立交通大學を訪問するのだと話題にしたのですが、私の Chiao Tung（=交通）という発音はさっぱり伝わりませんでした。
）
さて、今回はたまたま北大・電子科学研究所の三澤弘明先生と同時の大學訪問となり、バイオ系の PI の研究室を中心にラボツアーをご一緒しました。このラボ
ツアーでは予想した以上に私たちの研究テーマの繋が國立交通大學前瞻跨領域基礎科学中心（Center forInterdisciplinary Science）のラウンジにて増原宏先
生と李耀坤（Yaw-Kuen Li）博士と。背後のプレートには「尖端生物分子探測」と書かれています。

りを 見出すこと ができました。 特に若手の 許馨云（Hsin-Tun Hsu）博士とは共通のテーマであるユビキ
チン鎖の話題で盛り上がりました。私は 12 日午後に“Biophysical exploration of biomolecular systems
characterized by

conformational

dynamics

anddynamical assembly”というタイトルでセミナーをさせていただきました。やや盛り込み過ぎだったので時間も押して、果たしてうまく伝わったかしらと不安だったのですが、聴衆の皆さんからは核心を突いた質問をいくつもいただくことができました。特に、理論の大御所である林聖賢（Sheng-Hsien Lin）教授からは中村宏樹先生（分子研前所長）の送別会に参加させていただきました。

アミロイド形成のメカニズムについて鋭いご質問をい25