“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
Newsletter Vol. 7March, 2014

業績紹介：逆コントラストマッチング中性子小角散乱法による複合体形成中の天然変性タンパク質の構造解析"Conformational Characterization of a Protein Complex Involving Intrinsically DisorderedProtein by Small-angle Neutron Scattering Using the Inverse Contrast Matching Method: aCase Study of Interaction between α-synuclein and PbaB tetramer as a Model Chaperone"
Masaaki Sugiyama, Hirokazu Yagi, Takumi Yamaguchi, Kentaro Kumoi, Mitsuhiro Hirai, Yojiro Oba,Nobuhiro Sato, Lionel Porcar, Anne Martel, and Koichi Kato

Journal of Applied Crystallography, 47, 430-435 (2014) DOI:10.1107/S1600576713033475
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）

合体中の非標識 αSN からの散乱のみを観測することができた。解析の結果、αSN は PbaB に捕捉されることにより、慣性半径が単独の状態と比べ有意に小さくなることが明かになった（図 1）。また、αSN は分子の生命分子システムの動的秩序を形成する生命分子素一部に僅かながら 2 次構造を有しているが、PbaB の結子の構造変化を解明する上で、X 線結晶構造解析は強合に伴いこの構造が崩れることも見出した。先行研究力なツールとして用いられてきた。しかしながら、特により、αSN は N 末端近くの領域に部分的にへリッ定の 2 次構造を持たない天然変性タンパク質に対してクスを形成していることが示されている。興味深いこは、その詳細な相互作用解析が困難である。私たちはとに、本研究において実施した NMR 解析により、αSN

これ までに重水 素標識を利用し た中性子小 角散乱

上の PbaB の結合部位はこの領域と一致していること（SANS）法により、タンパク質複合体中の特定の構が明らかとなった。このように SANS と NMR の連携成要素の構造情報を抽出し、そのダイナミクスと作動を通じて PbaB4 量体との結合に伴う αSN の構造変化を機構を探査することを試みてきた。本論文では SANS捉えることができた。

を用いて、複合体を形成している天然変性タンパク質本 論 文で 示し たよ うに 、 重水 素 化標 識を 用い たからの溶液散乱のみを選択的に観測し、X 線結晶構造

SANS は、複合体を構成する特定のタンパク質の構造解析や NMR 解析がもたらす情報と組み合わせて、相変化を観測することが可能であるため、天然変性タン互作用の様式を明らかにした。タンパク質複合体のモパク質を含むタンパク質集団の動的秩序形成におけるデル系として天然変性タンパク質である α-synclein

ミクロ‐マクロ相関を探査する上で、強力なツールと（αSN）と古細菌由来のシャペロン分子である PbaB ホなることが期待される。

モ 4 量体を用いた。
中性子散乱の特徴は、生体分子中の軽水素を重水素で置換することにより散乱長密度を変化できることである。溶液中の溶質の散乱は、溶媒と溶質の散乱長密度の差（コントラスト）の 2 乗で与えられるため、溶媒と PbaB の散乱長密度を一致させれば、試料中のPbaB の散乱は観測されず、αSN の散乱のみを抽出することができる。そこで、あらかじめ PbaB のアミノ酸残基組成に基づいて、重水中で PbaB のコントラストが“ゼロ”になる重水素標識化率 74.5%を求めた。次に、大腸菌発現系を利用して 75%重水素標識を施した
PbaB を調製し、これを非標識 αSN と混合した後、重水中で SANS を行った。期待通り、重水中では 75%重

図 1：ギニエプロットから導かれたSN 単独およびPbaB との複合体中の αSN のみ慣性半径（Rg）を示す。
●PbaB 非存在下、○PbaB 存在下水素化した PbaB のコントラストはほぼ 0 であり、複1

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加藤グループの年森隆泰さんが生物物理学会中部支部講演会にて優秀発表賞を受賞
佐藤匡史（名古屋市立大学大学院薬学研究科・A03 計画研究分担者）
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）

進んでいないというのが現状でした。
年森さんはこの状況に鑑みて、まず、この分子システムにおいてグルコース残基を取り除く糖加水分解酵素として機能するグルコシダーゼ II に着目し、その X線結晶構造解析を行いました。その結果、グルコシダー
ゼ II の α サブユニット単体および阻害剤であるデオキシノジリマイシンとの複合体の 3 次元構造を明らかに

2014 年 3 月 6 日岡崎カンファレンスセンターにて開催された平成 25 年度生物物理学会中部支部講演会にすることに成功し、グルコシダーゼ II による基質認識メカニズムの詳細が解明されました。

おいて、私たちの研究グループの年森隆泰さん（名古年森さんの今後の研究の進展によって、小胞体にお屋市立大学薬学部・生命薬科学科 4 年生）が「小胞体ける糖タンパク質フォールディング装置の協奏的作動品質管理に関わるグルコシダーゼ II の基質認識機構のメカニズムが解明され、糖鎖を介した生命分子システ構造基盤」の研究発表によって、優秀発表賞を受賞いムの動的秩序形成原理の理解がいっそう進むことが期たしました。生物物理学会中部支部会は、８県（愛知、待されます。

三重、岐阜、静岡、長野、福井、石川、富山）とその周辺地域における日本生物物理学会員の交流を深め、同地域の研究教育活動の振興を図るべく 2003 年に設立されました。この奨励賞は、生物物理学を学ぶ若手研究者の育成を目的として始まり、今年で第 9 回を数えます。そこで今年度の講演会において、多岐にわたる研究分野の発表の中から厳正な審査を経て、受賞者4 名が選ばれました。
近年、細胞の中で生まれたタンパク質の運命（フォールディング、輸送、分解）は、タンパク質の主要な翻訳後修飾として付加される N 結合型糖鎖の構造変化に授賞式の様子。右から 2 人目が年森さん。

よって決定されることが明らかになりつつあります。
その中でも、小胞体で生合成されたタンパク質は、N型糖鎖の非還元末端に位置するグルコース残基を目印とした分子システムによって正しい立体構造を獲得しています。このシステムは工場に例えられ、小胞体品質管理機構とも呼ばれています。これまでに筆者らは、主に“輸送”および“分解”に関わる細胞内レクチンによる糖鎖認識メカニズムを明らかにしてきました（Newsletter Vol. 6 「積荷受容体 ERGIC-53 は同一の糖鎖リガンドに対して 2 通りの異なった様式で相互作用する」など）。一方、糖タンパク質の“フォールディ年森さん（左）と秋山修志支部長（右）の 2 ショット写真。

ング”に関わる小胞体品質管理システムのメカニズムは未だ不明な点が多く存在しており、ほとんど理解が2

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機能超分子化学ミニシンポジウム-分子自己組織化の制御と機能発現を開催して平岡秀一（東京大学 A02 研究計画代表者）
3 月 11 日午後より、
本新学術領域「動的秩序と機能」の共催のもと「機能超分子化学ミニシンポジウム –分子自己組織化の制御と機能発現」を東京大学 駒場キャンパスで開催しました。招待講演者として高谷光先生(京都大学)、山中正道先生(静岡大学)、田原一邦先生(大阪大学)をお招きし、併せて私どもの研究室から 2名の研究発表を加え、下記のプログラムで講演会を行いました。
ミニシンポジウムプログラム
13:00- 固液界面における二次元自己集合体の制御と機能性 田原一邦 (大阪大学)
14:25- コーヒーブレイク
14:40- 金属錯体型自己組織化体の形成メカニズム 辻本裕也 (東京大学)
15:10- 分子自己集合により形成する超分子カプセル 山
中正道 (静岡大学)
16:25- コーフーブレイク
16:40- 交互型ヘキサフェニルベンゼン誘導体の新規合成法の開発 小島達央 (東京大学)
17:10- ア ミ ノ 酸 ・ ペ プ チ ド で 操 る 金 属 集 積
高谷光 (京都大学)

田原先生のご講演では、独自に開発された長鎖アルキル鎖を付与したπ系平面状分子の表面基盤上に自己集合化に関するご講演を頂きました。溶液系における自己組織化と異なり、表面と言う 2 次元の場が加わることで、自己組織化体の形
田原一邦先生成はビルディングブロック間の相互作用や溶媒和に加え、基盤との相互作用とのバランスが大きく影響し、平面上に分子が並ぶという一見分かりやすい現象でありながら、実際にはビルディングブロックのわずかな構造変化により集合形式が変化する様子をご紹介頂きました。
また、集合形態の転移現象の詳細な熱力学的解析に基づく解釈やメカニズム、さらにキラル分子の配列化や複数種のビルディングブロックの精密配列化に関する成果もご紹介頂きました。
山中先生のご講演では、キャビタンドと呼ばれるお椀状の分子を二量化させることで作られる分子カプセルに関するご研究をご紹介頂きました。キャビタンドを 2 量化し分子カプセルを形成する試みは世界的に幾つかの研究グループで実施されていますが、山中先生のご研究のポイントはキャビタンドを連結する分子間相互作用として金属配位結合と水素結合の 2 種類を利用し、これら性質の異なる結合を選択的に結合—解離させることで分子カプセルに動的な特性を付与するというものです。NMR 測定による非対称化された分子カプセルの構造解析やカプセル中に包接されるゲスト分子の交換速度の制御などを詳しく解説頂きました。
加 え て 、最 近 開発 に 成功 した
キャビタンド以外の分子骨格による分子カプセルの形成と特異
山中正道先生な Li+イオンの認識能についてのお話も頂きました。
高谷先生のご講演では、メタル化ペプチドとその集積についてのご紹介を頂きました。人工ペプチドを利用した金属イオンの集積化の戦略とこれまでのメタル化ペプチドの研究を概観し、これらをもとに高谷先生の分子デザインを分かりやすくご説明
高谷光先生頂きました。また、合成されたメタル化ペプチドが超音波やレーザー照射によりゲル化するという特異な特性をご紹介頂きました。温度因子によりゲル化が開始されることは無く、この他詳細な実験結果をもとに、ゲル化のメカニズムを分子論的な視点から議論されました。通常は分子間の相互作用を抑制した”セルフロック”の状態のビルディングブ
ロックに外部刺激を与えると、セルフロックを解いた分子が部分的に生成し、これらが集合化して核形成が起こりゲル化を開始することが示されました。
会場には学内外から研究者や学生さんにお集り頂き、十分用意したつもりの質疑応答の時間も短く感じられ、2 回のコーヒーブレイクの時間も研究の議論が続き大変盛況にシンポジウムを終えることができました。ご講演頂きました 3 名の先生方に厚く御礼申し上げるとともに、シンポジウムにご参加頂きました方々にこの場を借りて感謝致します。

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れているタイ化学界の大きなイベントで、例年、Chulabhorn 王女（Professor Dr. H.R.H. Princess

アジア学会見聞記

Chulabhorn Mahidol）が出席されるという由緒ある国際会議です。Chulabhorn 王女は天然物化学の研究で学位をとられ、Chulabhorn 研究所の所長もつとめられてい加藤晃一（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）
今年の 1 月から 2 月にかけて、タイとインドの学術集会に参加しましたので報告します。特に、インドは日本での学事をはさんで 2 回の往復となりました。
今年の仕事始めはタイからまず、1 月 5 日にバンコクに向かいました。主な目
的は筆者の所属する自然科学研究機構・分子科学研究所と学術交流の深い Kasetsart University 理学研究科との合同ワークショップ“Molecular Science towards
Green Sustainability”（1 月 6、7 日）に参加することでした。Kasetsart University は、タイのトップクラスの国立大学であり、国内最大の規模を誇る大学です。今回ます。あいにく今回はご公務と重なりご参加が叶わないということでしたが、開会式ではメッセージが伝えられました。今回の PACCON では、日本から巽博士（名古屋大学）、北川和行

進博士（京都大学）、山下正廣博士（東北大学）が基調講演をされました。
筆者らがタイに滞在していたときは、反政府運動の気運が高まっており、実際に日本に発った数日後には大規模な反政府デモが行われたと報道されています。
しかし、実際の滞在中はデモのことがしばしば話題にこそなるものの、バンコクでも平穏な時間を過ごすことができ、インターネットを通じて入ってくる日本におけるセンセーショナルな報道とギャップを感じながら過ごしていました。ただし、大学教員も若手研究者も政治の動向に関しては真剣に向き合っており、皆さん実際に集会に参加するなどの活動を実践しておられるとのことでした。のワークショップは、Kasetsart University の Supa
Hannonbua 博士と分子研の江原正博博士が中心となって企画を進められ、筆者を含めて 5 名の分子研メンバーが講演を行いました。特に、今回は生体分子科学、錯体化学、計算科学の講演が中心となり、人工光合成システムの構築を志向した金属錯体化学（正岡重行博士）、ヘムセンサータンパク質の立体構造研究（青野重利博士）、アミロイド繊維の分子動力学計算（奥村久士博士）など、本新学術領域とも関連の深いトピックスがいくつか紹介されました。筆者もユビキチン‐プロ分子研と Kasetsart University の合同ワークショップの夕食会にて。この会を主催された Supa Hannonbua
博士（前列中央）をはじめ、タイは女性研究者の活躍ぶり（人数割合も含めて）が実に顕著です。

テアソーム系におけるタンパク質のアッセンブリーの話題を提供しつつ、本新学術領域の理念と活動についても紹介してきました。一方、タイ側は、Kasetsart
University に加えて Chulalongkorn University など、近隣の研究機関の若手研究者も発表に加わりました。創薬等を志向した実学的な話題が多いのが印象的でした。
2 日間にわたる合同シンポジウムの翌日には、空路でコンケーンに移動して Pure and Applied Chemistryます）に出席しました。筆者は昨年に続いて 2 年連続

PACCON2014 でのポスター会場の風景。左手奥にはChulabhorn 王女の肖像画が飾られています。
（タイでの写真はすべて分子研・奥村久士さんの提供によるものででの参加になります。この会議は、毎年 1 月に開催さす。）

International Conference（PACCON の略称で知られてい4“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
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March, 2014

Mukhopadhyay 博士（University of Calcutta）は筆者らと同様にモデル膜系を用いて糖脂質クラスターを舞台とする分子間相互作用に関する研究を行っていることもあり、たちまち意気投合することができました。そういえば、この会期中にはその前週に京都で開催された国際シンポジウムでお招きした Jim Bamburg 博士と同じ Colorado State University から来られた G. George
Barisas 博士（ナノ粒子を用いた好塩基球細胞株の細胞表層における免疫グロブリン E 受容体の 1 分子計測のバンコクのチャオプラヤー川のほとりに佇むワット・アルンラーチャワラーラームの夜景。三島由紀夫の小説「暁の寺」の舞台となった美しい寺院です。政治的動乱のさなかにいるとは思えない静かな夜でした。

講演をされました）と食事を楽しむ機会がありました。
お二人は旧知の仲だそうで、やはり世間は狭いものだなと思いました。
筆者は、糖鎖分子のダイナミクスと糖鎖クラスター

1 月 10 日の朝には日本に帰国しました。本新学術領を舞台とする分子間相互作用について、NMR を用い域の国際シンポジウムに臨むために、その日の午後にての研究内容を中心に講演しました。この会では、細京都に赴きました。

胞のエンドサイトーシスにかかわるクラスリン被覆小胞の再構成実験（Indian Institute of Science Education

コルカタで旧交を深め、新たな知己を得る

and Research の Thomas Pucadyil 博士）や生細胞膜におインドのコルカタでは 10th International Symposium

ける上皮成長因子に対する受容体分子のオリゴマー形

on Cell Surface Macromolecules（ISCSM ：1 月 20－24

成に伴う立体構造変化の蛍光共鳴エネルギー移動によ日）に参加いたしました。この会合は細胞表層における解析（Swinburne University of Technology の Andrewる生命分子（糖鎖・タンパク質・脂質）の機能研究をH.A. Clayton 博士）など、本領域とも関係する研究成

主題に 3 年に 1 度のペースで開催され、筆者は前回ト果がいくつか報告されました。

リヴァンドラムでの会合に続いて２回目の参加になりこの時期は、学位論文の審査会や大学院入試業務でます。参加者の多くは、インドの研究者と海外で先端シンポジウムにははじめの 2 日間しか参加できずに日的な研究を展開しているインド人研究者が主体の会で本に戻って来なければなりませんでした。コルカタはすが、海外からの外国人研究者も招待されています。

ラマン効果の発見の地であり、当地の Indian

なかでも日本人招待講演者は、組織委員をつとめられ

Association for the Cultivation of Sciences の施設にはている菅原一幸博士（北大）ならびに谷口直之博士（理Raman 博士がこの効果を見出すのに使った小さな分光研）をはじめ、伊藤孝司博士（徳島大）、木下タロウ博

器の実物が展示されていると増原士（阪大）、宮城妙子博士（東北薬科大）、山田修平博ました。今回はあいにく訪問する時間がありませんで士（名城大）と、筆者を含めて 7 名の糖鎖科学研究者したが、次にコルカタに行く機会があれば、是非訪れで、海外からの参加者の中で最も高い割合を占めていたい場所です。

宏先生にうかがいます。糖鎖の NMR のパイオニアとして名高い HansVliegenthart 博士（Utrecht University）ご夫妻、分子研にも滞在されて糖鎖プロファイリングの共同研究を行ってきた Bishunupada Chatterjee 博士（West Bengal
University of Technology）をはじめ多くの友人と久闊を叙すことができました。今回の会合の主催者である
Abhijit Chakrabarti 博士（Saha Institute of Nuclear Physics）とは初対面でしたが、筆者と同じく生物物理学をバックグラウンドとされており、また、その夫人の Chaitali

コルカタで開催された 10th ISCSM での集合写真。後方に見える舞台の場所は、前日までポスター会場でしたが、結婚披露宴のディスプレイに早変わりです。

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（University of Florence：分子システム生物学におけるNMR）、Rolf Boelens 博士（Utrecht University：NMR 情報に基づいたタンパク質ドッキングソフト
HADDOCK などで著名。今回は DNA 修復に関わるタンパク質の分子認識について講演）、Stephan Grzesiek博士（University of Basel：タンパク質のフォールディングと動的分子認識）、Lyndon Emsley 博士（Universitede Lyon：粉末試料の高精度構造決定）はじめ、錚々た
今回の ISCSM の主催者の Abhijit Chakrabarti 博士。後方に控えておられるのは、高名なインド古典舞踊家のAmita Dutt さん（Rabindra Bharati University の美術学部長を歴任）。

る顔ぶれが講演されました。特に、Donghan Lee 博士（Max Planck Institute for Biophysical Chemistry）の講演
は、タンパク質の緩和解析と RDC 解析に基づいて、異なるタイムスケールの内部運動の間の相関の有無をアッサムに世界の NMR 研究者が集う日本に戻って 1 週間仕事をして再びインドに向かい丹念に調べた成果で、極めて示唆に富む内容でした。
しかしプログラム編成には若干無理があり、基調講演ました。今度の行先はアッサムです。目的は Tezpurのあと別の建物にある分科会場への移動時間がまった

University で開催された 20th Symposium of National

く考慮されておらず、何となく人が集まったらセッ

Magnetic Resonance Society（NMRS-2014：2 月 2－5 日）ションが始まるという長閑なところはお国柄でしょうに参加することです。これは、インドの The Nationalか。

Magnetic Resonance Society が毎年主催している学術集

また、この会期中の友人たちとの雑談を通じて、欧会です。毎年、インド国内のみならず欧米を中心に各州の主要な NMR 施設では 1.3GHz 超高磁場 NMR 装置

国から第一線の磁気共鳴研究者が招聘されています。

を導入する計画が着々と進行している様子を窺い知る

招待講演者の中には、本領域の評価委員であることができました。日本での所用があったため学会最Christian Griesinger 博士（Max Planck Institute for

終日を残して、Claire Grey 博士（University ofBiophysical Chemistry）もおられました。また、Hans

Cambridge：電池の NMR で著名）と車で 4 時間の道中

Vliegenthart 博士ご夫妻とは 1 週間ぶりの再会となりまを楽しみながら空港に向かいました。次回は、パンした。今回、日本からは佐治木弘尚博士（岐阜薬科大ジャーブ州のアムリトサルで行われるそうです。

学）と筆者の 2 名の参加でした。
最寄りの Guwahati 空港から Tezpur University へは、一行はバスでの移動となりましたが、最寄りといっても 5 時間の長旅でした。明くる日からのプログラムは大変充実した内容で、生体系の NMR に限っても、Robert Griffin 博士（Massachusetts Institute ofTechnology：動的核分極を利用した生体分子の固体NMR）、Gabriele Varani 博士（University of Washington：RNA の NMR 構造生物学の創薬研究への展開）、DanielHuster 博士（University of Leipzig：膜タンパク質のNMR）、Isabella C. Felli 博士（University of Florence：天然変性タンパク質の NMR）
、Nico Tjandra 博士（National Heart Lung and Blood Institute：残余磁気双極

世界遺産カジランガ国立公園に集う生体系 NMR 研究者。左端が筆者。その隣が本領域評価委員の Griesinger博士。朝 4 時に宿舎を出発してのツアーでした。その目的は右上の写真（Katherine Belisle さん提供）。

子カップリング(RDC)のタンパク質構造解析への応用で著名。今回は 2 ドメインからなるアレルゲンタンパク質の構造解析について講演）、 Lucia Banci 博士

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March, 2014

NMRS-2014 のポスターセッション。小さいながら会場は熱気に溢れ、発表内容についての議論はもとより、ポスドク候補としてのアピールや、日々の実験に関する相談を受けます。

年明け早々から 1 か月の間の慌ただしいアジアの旅となりましたが、異文化のなかで育まれている若い研究者、とりわけ学生の皆さんのサイエンスへの情熱とひたむきな向上心が印象的でした。筆者らの岡崎の研究グループは学生が全員アジアからの留学生であることもあり、これからの生命分子科学において大きな役割を演じるに違いないアジアの息吹を、独特の感慨を持って肌で感じて参りました。

懇親会・交流会におけるダンスの演技。上から、PACCON2014（コンケーン）、10th ISCSM（コルカタ）、NMRS-2014（アッサム）。

新学術領域「動的秩序と機能」関連シンポジウムおよび共催イベントの予定
・第 14 回日本蛋白質科学会年会ワークショップ「蛋白質における動的秩序形成と高次機能発現」
ワークピア横浜
2014 年 6 月 26 日（木）・第 3 回国際シンポジウム
合歓の郷（三重県）

2015 年 1 月 10 日（土）～11 日（日）7