新学術領域研究「柔らかな分子系」ニュースレター

No. 4

平成 25 年 12 月

第 2 回全体合宿会議 開催報告
水谷 泰久

（阪大院理・総括班）

イナミクスの研究構想を、構造変化およびエネルギーフローの二点を中心に説明した。また、タンパク質の本新学術領域研究の第2回全体合宿会議が、平成 25

アロステリックダイナミクスが、タンパク質の硬さに

年12 月 5 日（木）～7 日（土）に、長浜ロイヤルホテ基づいた柔らかさに由来するという考えを述べた。高ル（滋賀県長浜市）で開催された。本会議には 57 名

橋聡氏（東北大多元研）は、タンパク質分子の柔らかの参加者があり、口頭発表 10件、ポスター発表 52 件

さを折れ畳み問題の観点から議論した。

による研究構想発表および研究紹介が行われた。

お昼の時間には、昼食をとりながらの班会議が三つ最初に、田原太平領域代表から、本新学術領域研究の研究項目に分かれて行われた。ここでは、各研究代の全体についての講演が行われ、領域全体として目指表者から共同研究に関する現状報告が行われたほか、す方向、運営方針について詳しい説明がなされた。
“実”

班長から本新学術領域研究の特徴ある取組（若手研究のあることをしよう、将来につながることをしよう、者海外派遣支援、ワークショップ開催）について説明“好き”なことをしようというシンプルかつ強いメッがあり、来年度以降の積極的な活用が呼びかけられた。

セージが述べられた。続いて、北尾彰朗氏（東大分生

午後は自由討論を行い、夕食後は再び深夜までポスタ研）が、タンパク質の動的特性についてシミュレーシー発表を行った。前日もそうであったが、学生同士のョンを用いて研究する構想を述べた。田原太平氏（理ディスカッションが目立った点に頼もしさを感じた。

研）は、これまでのご自身の研究の流れを説明した後、会議最終日では、藤井正明氏（東工大ソ機構／資源新しく開発された二次元蛍光相関分光法についてその研）から気相分子クラスターについて、分子の安定な原理から最新の実験データについてまで説明した。森コンフォーマー数を類似の分子で系統的に調べた研究

田明弘氏（東北大院理）は、液体水界面の pH に関す成果と今後の研究構想が述べられた。水素結合した水る最近の研究をレビューされた。

分子の個数と分子の柔らかさの関係についても議論し夕食では湖北エリアを代表する冬の味覚である鴨料た。中西尚志氏（物質・材料研究機構）は、同一分子理を味わいリフレッシュした後、午後 8 時からポスタからの自己組織化構造の多様性についてこれまでの成ー発表が行われ、白熱した討論が 12 時近くまで続い果を紹介し、今後の構想を共同研究案も含め述べた。

た。また、会場では北尾グループのお世話により、ハまた、柔らかな媒質から生まれる分子機能についてもプティックデバイスの実演が行われた。画面上の原子議論した。村橋哲郎氏（分子研）は、有機多金属複合をペンで引っ張ると、分子弾性に応じた復元力がペン体について、柔らかさを活かした機能創成について議に加わる仕組みになっており、分子の柔らかさを体感論した。その後、分子系の柔らかさについて全体討論することができた。これは今後のアウトリーチ活動にを行った後、神取氏から共同研究、藤井氏から今後のおいても活用できそうである。

行事予定、北尾氏からアウトリーチ活動についてのア

会議二日目では、神取秀樹氏（名工大院工）がレチナウンスがあり、田原代表の挨拶で会議を閉じた。

ナールタンパク質およびフラビンタンパク質に関する冬の訪れを感じる琵琶湖畔の落ち着いた雰囲気のも機能改変の研究成果と構想について説明した。タンパとで、3 日間サイエンスを楽しむことができ、大いにク質の機能改変をどのように設計するかについて理論刺激となった。最後に、本会議の開催準備、進行を手研究と計測研究に対する挑戦的な期待が述べられた。

伝ってくれた阪大水谷研究室のスタッフと学生諸氏にまた、タンパク質中の水素結合ネットワークの硬さと感謝する。

柔らかさについて議論した。続いて林重彦氏（京大院理）は ATP 合成酵素、Ras タンパク質－GAP（GTPase活性化タンパク質）複合体、カルモジュリン N 末端ドメインについて、QM/MM 法によるアプローチを説明した。また、計算科学から見たタンパク質分子の柔らかさについても述べた。休憩をはさみ、水谷泰久（阪大院理）は、共鳴ラマン分光法を用いたタンパク質ダ11

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No. 4

平成 25 年 12 月

A02 計画班の宮崎充彦さんが日本分光学会奨励賞を受賞
藤井正明 （東工大・A02 計画班）

クスを分子レベルで実測したものであり、分子動力学シミュレーションのベンチマークとしても非常に重要

平成２５年１１月２０日、東京工業大学フェライトです。宮﨑さんの手法は赤外スペクトル全体の時間変会議室にて開催された日本分光学会総会において、宮化を捉えるため反応経路全体の情報が「可視化」され崎充彦さん（A02 計画班研究分担者、東工大資源研・るに等しく、溶媒和ダイナミクスや大きな分子系での助教）が日本分光学会賞（奨励賞）を受賞しました。

化学反応追跡の強力な手段である事がこれから実証さここに心よりお祝い申し上げます。

れました。化学反応を個別の分子の動きで実時間追跡

日本分光学会賞（奨励賞）は分光学およびその関連する研究は今後の発展が大いに期待されます。

分野に関する優れた研究成果を得た満 39 才未満の若２．中赤外レーザー光源の開発と赤外分光によるク手研究者を対象とする賞であり、分光学を担う次世代ラスター内反応研究に与えられる賞です。宮崎さんは「ナノ秒及びピコ秒

宮崎さんはレーザー工学研究者と共同で新規非線時間分解赤外分光法による分子クラスター内反応の研形光学結晶 ZnGeP2 による中赤外高強度波長可変レー究」という研究業績で受賞されました。宮崎さんは大ザー光源を開発し、その超音速ジェット赤外分光法へサイズ水分子クラスターの赤外分光に依る構造解析法の応用を世界に先駆けて進めました。光源そのもののを発見した業績で良く知られているのですが、この受分解能と出力も世界最高性能であり、レーザー工学か賞は構造研究から一歩踏み出したもので、ここ数年精らも高く評価されています。この中赤外レーザーは酸力的に取り組んでいる分光学に立脚した化学反応機構塩基対のプロトタイプであるフェノール‐アンモニアの研究に対して与えられたものです。宮崎さんはフェクラスターの反応研究に用いられ、フェノレートアニムトケミストリーなど超高速レーザーを用いた従来のオンの生成を中赤外スペクトルにより初めて検出しま

化学反応研究に対し、不確定性原理による波長分解能した。これによりフェノールが酸解離を起こすにはアの欠如が実在分子系にとって深刻な問題であるとの問

ンモニアが最低６分子必要であることを捉える事に成題意識を抱き、時間分解能とエネルギー分解能を両立功し、化学反応研究に対する中赤外レーザー分光の有させたピコ秒時間分解赤外分光法を開発しました。こ

用性を実証しました。

れにより分子クラスター内での溶媒再配向運動など柔余談ですが、宮崎さんはマンチェスター大との国際らかな分子系での化学反応がどのように進行するのか共同研究のため本賞の授賞式に参加できなかったので実時間で観測する事に初めて成功しました。さらに、

すが、分光学会運営委員の先生方は「授賞式に出られ中赤外レーザー分光法とそれに必要なレーザーを開発ないくらい海外で活躍している方が若手らしく元気がする事で水素結合形成に依る振動バンドのブロードニあって良い」とおっしゃり欠席をご寛恕下さったそう

ングの影響を回避することに成功し、酸解離という基です。先生方のご寛大なお心に感謝申し上げますとと本的な化学反応素過程に溶媒が何分子必要なのか、初もに、宮崎さんが世界を股にかけて益々ご活躍されるめて明らかにしました。このような方法論は柔らかなことを期待しております。

分子系のダイナミクスを捉える上で大変有用で、本領域にとっても重要と考えられます。以下、内容をご紹介します。
１．水和クラスターの光イオン化誘起水分子異性化の実時間観測
宮﨑さんは３台の波長可変高強度ピコ秒レーザーを利用した状態選択的な時間分解赤外分光をアセトアニ
リド‐水クラスターへ適用し、光励起（イオン化）による単一の水分子の再配向運動を実時間で観測することに世界で初めて成功しました。この結果は基質の光受賞を喜ぶ実験中の宮崎充彦さん

励起による第一溶媒和圏の水分子の配向反転ダイナミ12

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平成 25 年 12 月

神取グループの伊藤奨太さんが Award of Young Scientist を受賞
岩田 達也 （名工大・A03 計画研究連携研究者）させる（興奮させる）ことが出来るのです。オプトジェ
ネティクスと呼ばれるこの新しい技術は脳科学研究のA03 計画班神取グループ（名工大）研究協力者の伊発展に大きく貢献しています。

藤奨太さん（修士課程 2 年）が、平成 25 年 11 月 10

一方で、ChR がどのようにして陽イオンを輸送する日（日）から 13 日（水）までシドニーで開催されたかについてのメカニズムについては、理解が進んでおThe 6th Asia & Oceania Conference on Photobiology（第 6らず、ツールの改良のためにも基礎研究が急がれてい回アジア・オセアニア光生物学会議、AOCP2013）でます。その中でも、ChR の X 線結晶構造解析の報告

Award of Young Scientist を受賞しました。

(Kato et al. Nature 482, 369-374 (2012))では、立体構造の伊藤さんの研究対象はチャネルロドプシン（ChR）情報と共にレチナール付近にまで陽イオンの通り道がという膜タンパク質で、2002 年に緑藻 Chlamydomonas関わっていると推定され、大きな進展となりました。

reinhardtii から発見されました。ChR は「チャネル」

私たちは X 線結晶構造解析を実現した東大院理の濡木の名が示すとおり、ナトリウムイオンなどの陽イオン先生のグループと共同で分光研究を開始しました。今を濃度勾配に従って輸送する機能をもっています。ま回伊藤さんは、野生型と 3 種類の変異体 ChR に対するた、
「ロドプシン」の名が示すように、光を吸収するレ赤外分光法により、原子レベルで ChR の構造解析を行チナール分子を結合し光受容体として機能しています。

いました。赤外分光法はレチナールやタンパク質の主つまり ChR は光刺激によって陽イオンを濃度勾配に鎖、側鎖から特異的に結合した水分子に至るまで原子従って輸送する機能を有しています。

振動を解析することができる手法です。中でも神取研

ChR は我々の視覚のように緑藻で走光性を司る光セの得意技である水素結合供与基（O-H と N-H、重水中：ンサーとして機能していますが、最近では本来の機能O-D と N-D）を解析することにより、水素結合ネットを超えてツールとして利用されることとなりました。

ワークまで踏み込んだ議論が可能となります。伊藤さそれは、ChR を脳神経に発現させ、光のオンオフで神んは、ChR の赤外分光解析の結果からレチナールがそ経を活性化させることです。神経細胞に限らず、細胞の周辺のアミノ酸と特異的なネットワークを形成しては内外でイオン組成が異なり、細胞内は外に対して負いることを見つけ、陽イオン輸送のためのタンパク質の電位にあります（分極状態）。神経細胞では入力されの構造変化を誘起している可能性を示しました。

た刺激に対してこの電位を変化させることで他の細胞

今回の AOCP2013 では Vision、Plant Photobiology、に情報を伝達します。一般に神経細胞は膜電位をゼロ

Photomedicine の三分野の講演があり、 伊藤さんはに近づける（脱分極）ことで興奮性のシグナルを、電Vision 分野での発表を行い、受賞に至りました。今回位差を負に増加させる（過分極）ことで抑制性のシグの渡航に関して伊藤さんは本新学術領域研究から助成ナルを伝達します。すなわち、ChR は光刺激により陽を受けましたが、それに見合う発表をしてきたのではイオンを細胞内に輸送することで、神経細胞を脱分極ないかと思っております。

左図：伊藤さんが測定した赤外スペクトル（水素結合供与基領域）と ChR の特異的な水素結合ネットワークモデル
右図：Award of Young Scientist を受賞し喜ぶ伊藤さん

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平成 25 年 12 月

6th Asia ＆ Oceania Conference on Photobiology 参加報告
伊藤 奨太 （名工大・A03 計画研究協力者 M2）

うこともあり緊張はしましたが、質疑応答まで含めてしっかりと自身の研究成果を伝えることができました。

2013 年 11 月 10 日から 13 日までシドニーで行われさらに光栄なことに Award of Young Scientist をいただ

た Asia & Oceania Conference on Photobiology (AOCP)

くことができました。同年代の若手研究者がいずれもに D1 の山田大智さん、助教の岩田達也先生と参加し活発で優秀な発表を行っている中での受賞は、自分がました。今回の海外渡航にあたって、本新学術領域かこれから研究を続けていく中での自信となりますし、ら若手研究者の研究促進のため旅費支援をしていただ

よいモチベーションになります。

きました。この場をお借りして感謝申し上げます。

本新学術領域からの旅費支援にあたっては、領域代

AOCP は、アジア・オセアニア光生物協会が主催し表の田原先生から「旅費支援は人材育成が目的なので、2002 年から開催されている、光生物を研究している研

外国人と何も議論せずただ発表を聞いて帰国する、と究者が一同に会する国際会議です。Plant Photobiology、いうような海外出張はせず、少なくとも質問の一つぐVision、 Photomedicine と 3 つのテーマのもと、多種多らいはするように心がけ、またできれば学会の前後に様な最先端の発表が行われる一方で、Award of Young

興味のある大学の研究室を訪問して見聞を広めるようScientist という学生を対象とした賞を設け、若手研究なことを推奨する。
」という若手研究者に対する熱いメ者の口頭発表を奨励しています。

ッセージをいただきました。会議中に山田さんは 2 回、私は「Channelrhodopsin, a light gated ion channel, has

私は 1 回、質問をしましたが、普段から外国人のセミ

the specific hydrogen-bond network around the retinal

ナーなどで質問していますので、特段の緊張はありまSchiff base （光駆動のカチオンチャネル、チャネルロせんでした。一方、我々の研究分野にはオーストラリドプシン（ChR）におけるレチナールシッフ塩基近傍

アで訪問すべき適当な研究室がなく困りましたが、研の特異的な水素結合ネットワーク）」という題目で、東究室で使用している赤外分光器の製造企業 Agilent

大院理・濡木研との共同研究の成果を Vision の分野でTechnologies 社の工場がメルボルンにあることからそ口頭発表しました。
今回の発表では、単離精製した ChRこを訪問することにしました。当地では、赤外分光器に対して、光を吸収するレチナール発色団近傍の詳細の制作過程を間近に見るだけでなく、運よく、（本新学な構造情報や水素結合ネットワークについて赤外スペ術領域研究の予算で）神取研究室が新たに導入する近クトルをもとに議論しました。レチナール近傍に存在赤外分光器の製品チェックの現場にも立ち会うというし光反応に関わる水分子が多いこと、レチナールシッ稀な体験ができました（神取先生に羨ましがられまし

フ塩基が対イオンと呼ばれる脱プロトン化したカルボた）。専門の技術者の方と分光器の性質や改良点などにン酸と直接水素結合していることなど、他の微生物型ついて話すことができ、今後の研究に繋がっていく得

ロドプシンにはみられない ChR の特徴はチャネル機難い経験となりました。

能のためのタンパク質の構造変化に影響を与えている今回の海外での体験を今後の研究活動に活かせるよと考えられます。私自身、初めての海外での発表という、より一層研究に邁進していきたいと思います。

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