“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
Newsletter Vol. 8April, 2014
公募研究メンバーを迎えるにあたって

領域代表：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）

対するシステムの不安定性とロバストネスを解明することを通じて、高次機能発現に至る時空間的展開の原理を理解するための研究を行います。重要なことは、
これら 3 つの研究項目の間には決して垣根も敷居も無く、また、それぞれの項目の中でも十分に異分野融合

4 月 1 日に、本新学術領域「動的秩序と機能」の公が促進される構成になっていることです。これは、公募研究 37 件の採択者リストが届きました。次ページに募研究の審査にあたられた先生方が、私たちの理念にお示しましたように、実に錚々たるメンバーが結集し深く共感していただいた賜物と拝察しています。

ました！
本新学術領域を提案する際に、私たち計画班メン

さて、いよいよ 8 月には芳坂貴弘班員を世話人として公募研究メンバーも加わった全体班会議（石川県）

バーは領域計画書に次のように記していました。
「我がが開催され、来年 1 月には岡本祐幸班員を世話人とし国における生命分子科学および超分子化学の研究者層て第 3 回国際シンポジウム（三重県）が開催されます。の厚さを考慮し、さらに複雑なシステムの作動原理のさらに、夏には、佐藤宗太班員の企画のもと若手の会本質的理解に関する学術的希求心が高まっている現況を開催する計画です。多様な立場の研究者が世代やを鑑みると、本領域に 150 件程度の公募研究への応募バックグラウンドの違いを越えて問題意識を共有し、が見込まれる。」 しかし、実際にはこの予想を遥かに学際的な議論と連携を可能とする“知の梁山泊”は着上回る 282 件もの応募をいただきました。しかも、採実に構築されつつあります。煌星の如く並ぶ公募研究択課題をご覧いただければわかります通り、生命分子のリストをご覧になった班員の中には、魅力的な共同科学と超分子化学という枠組みを越えた、真に多様な研究の構想を早くも思い描き始めた方々もおられるこ領域からのご提案がありました。非常に優れた研究提とでしょう。

案を応募していただいた多くの研究者の皆様に心より御礼申し上げます。そして、熾烈な競争を経て採択さ新たな展開を迎える新学術領域の活動に、ご支援とご協力をどうぞよろしくお願いいたします。

れた公募研究メンバーの皆様に深厚な敬意を表しますとともに、新たなサイエンスを創出する楽しみを分かち合えますことを、大変嬉しく、また、心強く思っております。

新学術領域「動的秩序と機能」
関連シンポジウム及び共催イベントの予定

改めて申すまでもないかもしれませんが、本領域は、化学・物理・生物の分野横断的な連携研究を通じて、生命分子が動的な秩序を形成して高次機能を発現する仕組みを解き明かすことを目指すものです。そのために、研究項目 A01 では、分子が自律的に集合するプロセスについて精密に探査することを可能とする実験と理論の融合研究を実施します。また、研究項目 A02
では、生命分子科学と超分子化学のアプローチを統合することを通じて、生命分子システムの特質を具現化した動的秩序系を人工構築することを目指します。さ・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(神奈川県)
2014 年 6 月 26 日（木）・全体班会議
粟津温泉 おびし荘（石川県）
2014 年 8 月 4 日(月)～7 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）らに、研究項目 A03 では、生命分子の自己組織化系のデザインルールを明らかにするとともに、外的摂動に

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公募研究採択者リスト
A01：動的秩序の探査

A02：動的秩序の創生

秋山

飯野修志（分子科学研究所）

X 線小角散乱と液中高速 AFM の相補利用による分子時計の離合集散計測
秋山良（九州大学）

多価カチオンによって媒介される酸性蛋白質間引力の制御と動的秩序構造
鉄兵（首都大学東京）

池谷

生細胞内の秩序構造が誘起する蛋白質立体構造の安定性
岩田耕一（学習院大学）

人工脂質二重膜におけるドメイン構造の実験的探究
内橋貴之(金沢大学)

過程のダイナミクス観察
育照（筑波大学）

キュミュラント粗視化動力学によるタンパク質
動的秩序形成過程の理論研究
高田ATP 駆動サイボーグ回転分子モーターの創生
上野隆史（東京工業大学）

人工分子針の細胞膜貫通制御
神谷由紀子（名古屋大学）

DNA を相互作用素子として細胞様運動する人工システムの構築
佐田和己（北海道大学）

動的秩序形成を利用した化学反応応答システムの開発
澤田知久（東京大学）

ペプチドフォールディングと超分子錯体によるハ

高速 AFM を用いた Kai タンパク質の複合体形成
重田亮太（東京大学）

十志和(東京工業大学)

イブリッド動的秩序形成
杉安和憲（物質・材料研究機構）

感染性の超分子集合体：メカニズムの解明および時間発展の分子論的制御
鈴木大介（信州大学）

高分子コロイド分散系における動的秩序の構築
塚崎智也（奈良先端科学技術大学院大学）

トポロジー変換可能な新規超分子ポリマーの合タンパク質分泌システムの精密探査を可能とする成と組織化・機能制御

新しい再構成系の構築

立川仁典（横浜市立大学）

二井勇人（東北大学）

量子シミュレーション手法の深化による超分子コート小胞形成における動的秩序形成メカニズム

および生体分子の自己集合機構の解明の解明

内藤晶(横浜国立大学)

二木史朗（京都大学）

ヒトカルシトニンのアミロイド線維形成および生体膜における曲率形成と膜の形態変化を誘導・阻害の分子機構の解明制御するペプチドツール

松村浩由（大阪大学）

前田大光（立命館大学）

細菌の細胞分裂ダイナミクスの構造機能相関解

動的秩序を示すバイオインスパイアードπ電子系

析－イオン複合体の創製

松森信明（大阪大学）

脂質ラフトにおける脂質分子の動的秩序解析
養王田正文（東京農工大学）

松浦友亮（大阪大学）

リポソーム内膜タンパク質合成系を用いた細胞膜動態の再構成

sHsp の動的秩序制御による機能発現の分子機構解明

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A03：動的秩序の展開
内山進（大阪大学）
質量分析による蛋白質複合体形成動的メカニズ
ムの解明

老木成稔（福井大学）
チャネル蛋白質の構造変化に連携した自己組織化動態：チャネル新規機能発現機構の解明

奥村久士（分子科学研究所）
親水性／疎水性溶液界面でのアミロイドベータ
ペプチド凝集機構の理論的研究

菊地和也（大阪大学）
生命分子機能を、時空間を制御して解明する設計分子プローブ

佐甲靖志（理化学研究所）
細胞膜受容体の動的会合体形成と分子認識反応

笹井理生（名古屋大学）
タンパク質物性から振動の理論生物学へ

佐藤健（東京大学）
細胞内輸送小胞の形成を支える動的秩序の解明

真行寺千佳子（東京大学）

鞭毛の振動運動発現に至る動的秩序形成
杉山正明（京都大学）
生体分子集合体が形成する動的平衡の中性子小角散乱による研究

茶谷絵理（神戸大学）
アミロイド伝播核生成相におけるタンパク質分子の集合・秩序化メカニズムの解明

寺内一姫（立命館大学）
時計タンパク質の解離集合による時間自動補正メカニズム水野健作（東北大学）
アクチン骨格超分子集合体の動的秩序形成機構と細胞遊走、力覚応答における機能

村田和義（生理学研究所）
ロタウイルスの感染と増殖における構造秩序形
成の解析

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業績紹介：拡張アンサンブル法による創薬設計にむけて“Prediction of Protein-Ligand Binding Structures by Replica-Exchange Umbrella Sampling
Simulations: Application to Kinase Systems”
Hironori Kokubo, Toshimasa Tanaka, and Yuko Okamoto
Journal of Chemical Theory and Computation 9, 4660–4671 (2013). DOI: 10.1021/ct4004383“Two-Dimensional Replica-Exchange Method for Predicting Protein-Ligand Binding Structures”
Hironori Kokubo, Toshimasa Tanaka, and Yuko Okamoto
Journal of Computational Chemistry 34, 2601–2614 (2013). DOI: 10.1002/jcc.23427
岡本祐幸（名古屋大学

算精度が落ちてしまうことになる。そこで、私達は、大学院理学研究科

A03 計画研究代表者）

REUS と レ プ リ カ 交 換 溶 質 焼 き 戻 し 法 （ ReplicaExchange Solute Tempering: REST）を合体させた、二次元ハミルトニアンレプリカ交換法を開発して、リガン創薬設計においては、薬剤候補分子（リガンド）がドのドッキングシミュレーションに適用した。図 2(a)タンパク質のどの部位にどのような構造で結合しては従来の REUS によるリガンド・結合部位間の距離のいるかを知ることが重要である。私達は以前、レプリ経時変化であり、図 2(b)は新手法による経時変化であカ 交 換 傘 サ ン プ ル 法 （ Replica-Exchange Umbrella

る。新手法により、ポケット内に入ったリガンドが何Sampling: REUS）をこの問題に適用することを提唱し回も出たり入ったりし、距離空間の酔歩が実現されるた（Kokubo, Tanaka, and Okamoto, J. Comput. Chem. 32,

ようになったことが分かる。これによって、より精度2810-2821 (2011)）。今回、この手法の有効性を更に確かの高い自由エネルギー計算ができるようになった。

めるために kinase の系に適用した。そして、これらの系においても、図 1(a)にあるような、実験で得られたリガンドの結合構造と良い一致が得られることを示した。この計算では、タンパク質の構造揺らぎを許したが、同時に、タンパク質の構造を固定した REUS シミュ
レーションも実行したが、図 1(b)にあるように、タン

図 1. (a)PDB code 1OVE のリガンドが結合した部位のパク質の立体構造を固定する場合は、リガンド分子が構造。(b)タンパク質の構造を固定した REUS シミュ

ポケットの入り口で留まり、中に入って行けないことレーションにおけるスナップショット。

を示した。よって、リガンドがタンパク質に正しく結合できるためには、タンパク質の立体構造揺らぎが重要なことを示すことができた。
実は上の論文で述べた REUS では、リガンド分子が、一度、タンパク質のポケット内に入ると、タンパク質分子と強く結合してしまい、ポケット外に再び出てくるのが非常に難しくなる。拡張アンサンブル法の利点

図 2. (a)REUS と(b)REUS/REST シミュレーション中のは、ある量（ここでは、リガンドとタンパク質の結合リガンド・結合部位間の距離の経時変化。

部位との距離）の酔歩が得られることであり、それが得られていなければ、得られている場合に比べて、計4

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業績紹介：アッセンブリーシャペロン Nas2 によるプロテアソーム分子集合制御機構の解明"Structural Basis for Proteasome Formation Controlled by an Assembly Chaperone Nas2"
Tadashi Satoh, Yasushi Saeki, Takeshi Hiromoto, Ying-Hui Wang, Yoshinori Uekusa, Hirokazu Yagi,Hidehito Yoshihara, Maho Yagi-Utsumi, Tsunehiro Mizushima, Keiji Tanaka, Koichi Kato
Structure, in press (2014), DOI: 10.1016/j.str.2014.02.014

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）
細胞の中で生み出された多くの生命分子素子（タンパク質や核酸など）は、自発的に機能をもった完成体へと構造変換するのではなく、シャペロンを中心とした様々なタンパク質との間の秩序だった相互作用を通じて完成される。周知のように、シャペロンは社交界にデビューする若い女性の面倒をみる介添え役のことであり、生命科学の領域では、他のタンパク質の折り畳みを補助する分子を意味することが多い。しかし、
分子シャペロンという概念は、ヒストンに付き添ってヌクレオソーム（DNA とヒストン 8 量体からなる複合体）の形成を促すタンパク質ヌクレオプラスミンに対して提唱されたのが最初である。最近の研究を通じて、プロテアソームやリボソームをはじめとする巨大な分シャペロンの中で Nas2 と呼ばれるタンパク質の構造と機能が唯一不明であった。そのため、プロテアソームが出来上がるメカニズムの詳細は明らかにされていなかった。
本論文では、X 線結晶構造解析と NMR 解析を相補的に活用することで、活性調節タンパク質因子の構成サブユニットの 1 つである Rpt5 と Nas2 の相互作用様式の全貌を明らかにした。Nas2 は柔軟なリンカーで繋がれ、2 つの独立した N 末端ドメインと C 末端ドメインから構成されていた。また Nas2 は、N 末端ドメインを介して Rpt5 の隣接サブユニットである Rpt1 の相互作用面を覆い、C 末端ドメインを介して Rpt5 のプロテアーゼ複合体との結合部位と相互作用することが明らかになった（図 1）。すなわち、Nas2 は活性調節タンパク質因子が組み上がるまでの間、プロテアーゼ複合体が合体しない様に一過的にブロックすることで、未完成な部品からなる不良品装置による暴走を抑える機能を果たしていることが明らかにされた。以上、本研究の成果により、Nas2 の“check point”機能を介したプロテアソームの分子集合メカニズムの解明が大きく前進した。

子複合体の形成を介助する“アッセンブリーシャペロン”の存在が次々と明らかになってきた。
細胞中において不要になったタンパク質の分解を司るプロテアソームは、多種多様なタンパク質から構成される巨大な酵素複合体であり、その形成過程には一過的に複合体に組み込まれては外れていくアッセンブリーシャペロンがいくつも関わっている。例えば、プロテアソームの活性制御に関わるタンパク質複合体は、似て非なる 6 つのサブユニットから構成されるため、間違った並び方をした不良品が出来てしまう可能性が考えられる。そこで、アッセンブリーシャペロンは本来隣り合うべき部品の間を取り持つ“matchmaker”と図1しての役割を演じることによって、分子複合体の形成テアソームの分子集合制御メカニズム

アッセンブリーシャペロン Nas2 を介したプロを促している。しかしながら、これらのアッセンブリー5

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April, 2014
加藤班員らの研究成果が新聞に掲載される
A03 計画研究代表者の加藤晃一博士と研究分担者 佐藤匡史博士らの共同研究の成果が科学新聞（4 月11 日）に掲載されました。
平成 26 年 4 月 11 日 科学新聞 第 4 面

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