「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 1426 January, 2010
業績紹介：蛋白質動力学転移に対する構造状態の影響を中性子散乱実験で観測
片岡幹雄（奈良先端大物質創成・A02 計画研究代表者）て、異なるエネルギー分解能の分光器 4 台を用いて、中性子非干渉性散乱実験を様々な温度で行い、平均二乗変位(MSD)の温度依存性を求めた。4ns の分解能では、

論文題目："Effect of conformational states on protein

水和試料に対して、MSD の温度依存性に構造状態によ

dynamical transition"

る差はほとんど観ることができなかったが、脱水和試

著者：H. Nakagawa, H. Kamikubo and M. Kataoka

料については明確な差が見出された（図 1）。脱水和試

雑誌巻号：Biochim, Biophys Acta 1804, 27-33 (2010)

料では、140K にのみ動力学転移が見られる。転移後のMSD の増加率は137-149 の方が大きく、折り畳みに蛋白質の固有の立体構造から生じる動的な性質が蛋

よって蛋白質が硬くなることが示される。水和試料で白質の機能に重要であるということが理解され始めては、新たに 240K に転移が生じるが、構造状態には依いる。一方、天然変性蛋白質のように、固有の立体構存しない。しかし、分解能 400ps の分光器でのみ、系造を持たないのにもかかわらず、機能を発現する蛋白統的に構造状態による差が見出された（図 2）。これら質も数多くあることがわかってきた。固有の立体構造

は水和試料の動力学は、主に水和水に支配されるが、を持つ蛋白質にも天然変性蛋白質にも共通する機能を

動力学の階層性は構造状態に依存することを示してい発揮するために必要な動的な性質はあるのだろうか。

る。水和により差が見えにくくなるが、動力学転移にこの素朴な疑問に答えるために、生理的条件下では折は構造状態依存性があると言える。

り畳まれていないが、酵素活性を示す Staphylococcal
nuclease (SNase)変異体を用いて、蛋白質ダイナミクス

Fragment_wet

に対する構造状態の効果を中性子散乱により調べた。

1.2

SNase の C 末 13 残基を欠損した変異体（137-149）

GP-TAS(1meV <4ps)
HER(100μeV <40ps)
IN13(10μeV <400ps)
IN10(IN10 <4ns)1は天然変性蛋白質のモデル系と考えられる。野生型

0.8

2<u > [Å ]SNase と137-149 の水和試料および脱水和試料につい

2

0.6

1.5

<u2>/Å-2

0.4

1

0.2

k=0.34 N/m

0.5

0

0

50

0
0

150

200

250

300

350

250

300

350

Temperature[K]Hydrated
1.2

100

200

300

GP-TAS(1meV <4ps)
HER(100μeV <40ps)
IN13(10μeV <400ps)
IN10(IN10 <4ns)

1

1.5
0.8

1

2

<u > [Å ]0.6

2<u2>/Å-2100

k=0.48 N/m

0.5

0.4

0.2

0
0

100

200

300

0

Temperature (K)

0

50

100

150

200

Temperature[K]図 2．平均二乗変位の温度依存性の分解能依存性。
（上）
図 1．平均二乗変位の温度依存性。（上）乾燥試料、

変異体、（下）野生型。分解能は、黒、～4ns、緑、～
400ps、青、～40ps、赤、～4ps。

（下）水和試料。青：野生型、赤：変異体。

1

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業績紹介：配列摂動解析法を用いて蛋白質中の保存部位の役割を解明する
新井宗仁（産総研生物機能工学・A02 公募研究代表者）

網羅的に比較した。このデータベースには現在 544 個のアミノ酸特性パラメタが登録されており、それらはH（疎水性・極性）、A（αヘリックス形成能）など大

論文題目："Probing the roles of conserved arginine-44 of

きく６つのクラスターに分類されている。相関解析のEscherichia coli dihydrofolate reductase in its function and

結果、アミノ酸置換による補酵素結合能の変化は、ク

stability by systematic sequence perturbation analysis"

ラスターH に含まれるアミノ酸指標と強く相関してい著 者 ： Akiko Yokota, Hisashi Takahashi, Tatsuyuki

ることが示された（図）。

Takenawa and Munehito Arai

以上の結果から、DHFR の Arg44 は、蛋白質の安定

雑 誌 巻 号 ： Biochem. Biophys. Res. Commun. 391,

性を犠牲にしながら、静電相互作用を通して補酵素

1703-1707 (2010)

NADPH との強い親和性を維持し、これにより高い酵
素活性を保持するという機能的な役割を持つことが示

蛋白質中のあるアミノ酸残基の役割を解明する方法された。このように配列摂動解析法は、蛋白質中の各として、我々はこれまで配列摂動解析法を開発してきアミノ酸残基の役割や保存理由を明らかにする上で有た[1,2]。この方法ではまず、ある特定の部位に、（野生用である。今後、DHFR の様々な部位に対してこのよ

型以外の）19 種類の網羅的なアミノ酸置換を導入した

うな解析を行い、DHFR 設計原理の解明を目指したい。

変異体を作成し、それらの活性や安定性などを測定する。そして得られた結果を、疎水性やヘリックス形成能などアミノ酸依存的なパラメタの文献値と比較する。
これにより、例えばアミノ酸置換による活性変化と、置換したアミノ酸の疎水性変化が強く相関しているな
らば、そのサイトは活性維持のために疎水的残基が選択されていると言える。このような変異実験・相関解
析の手法を、配列摂動解析法（sequence perturbation
analysis）と呼ぶ。

図：（左）サイト 44 における 20 種類のアミノ酸置換に

今回我々は、この方法を用いて、大腸菌由来ジヒド

よる酵素活性（kcat/Km）と補酵素結合能（Kd(NADPH)）

ロ葉酸還元酵素（DHFR）の Arg44 の役割について解の相関（両対数プロット）。（右）アミノ酸置換による析した。このサイトは補酵素 NADPH との相互作用部

補酵素結合能の変化と、AAindex データベースにある位であり、原核生物から真核生物まで広く保存されてアミノ酸特性パラメタとの網羅的相関解析の結果。相いるが、なぜ Arg が選択されているのか明らかでなか

関係数（r）の値が高い順にソートしてある。青はクラった。そこで、このサイトに Arg 以外の 19 種類のアスターH に属するアミノ酸指標、赤はクラスターA に

ミノ酸置換を網羅的に導入し、その酵素活性、基質と属するアミノ酸指標。クラスターH に属するパラメタ

補酵素結合の解離定数、および熱安定性を測定した。

との相関が高いことがわかる。Inset は全 544 個のアミ

その結果、この部位は強く保存されているにも関わらノ酸特性パラメタに対する r 値を示す。

ず、20 種類全てのアミノ酸を許容し、酵素活性を保持していた。しかし、変異導入によって酵素活性と補酵

参考文献

素結合能は著しく減少した。また、酵素活性の減少は[1] M. Arai & M Iwakura, J. Mol. Biol. 347, 337-353

補酵素結合能の減少と強く相関していた（図）。一方、(2005).

ほとんどの変異は、DHFR の熱安定性を増大させた。

[2] H. Takahashi et al., J. Biochem. 145, 751-762 (2009).

次に、これらの実験結果を、AAindex データベース[3] S. Kawashima et al., Nucleic Acids Res. 36,[3]に登録されている様々なアミノ酸特性の文献値とD202-D205 (2008).

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No. 1426 January, 2010
業績紹介：10℃以上熱安定化した BPTI の 1 残基変異体（A14G）の熱力学及び構造黒田裕（東京農工大学・A02 公募研究代表者）
論 文 題 目 ： Thermodynamic and structural analysis ofhighly stabilizing single and double mutations in BPTI
variants
著者：M.M Islam, S. Sohya, K. Noguchi, SI. Kidokoro, M.
Yohda, Y. Kuroda
雑誌巻号：PROTEINS ,77, 962 -970 (2009).

我々は、タンパク質の主鎖構造の局所的な揺らぎ及び変形が熱安定性に及ぼす影響を解明することを目指して
研 究 を 実 施 し て い る 。 本 研 究 で は 、 BPTI （ Bovine
Pancreatic Trypsin Inhibitor；仔牛膵臓トリプシン阻害タン
パク質;58 残基）をモデルタンパク質 1、２)に用い、その熱安定性を 13 度向上させる 1 残基を置換した変異体(A14G)の構造と熱安定性を調べた。野生型 BPTI の構造では、
A14 は分子表面に露出しており、且つ 2 次構造やターン構造を形成しない。このような残基の置換が 13 度の安定化をもたらすことに注目し、次の解析を進めた。示差走査型熱量計を用いて構造安定性の熱力学パラメータ（変性エンタルピー（H）、エントロピー（S）、熱容量（Cp））を測定したところ、A14G の安定化はエンタルピー増加によるものであることが明らかとなった。しかし、A14 が分子表面にあることを考えると、この結果は少々意外であった（図上）。そのため、BPTI の A14G 変異体の結晶構造を 1.09Åの分解能で決定した。分子表面にある A14 のグリシンへの置換は、予想通り BPTI の全体の主鎖構造へほとんど影
響していなかった（RMSD～0.3Å）。しかし、A14 とそれに近接する A38 周辺の局所構造を調べたところ、主鎖構造が 3～5 残基に渡って 0.5～0.7Å変形していた（野生型
BPTI と A14G 変異体の該当残基の Cα炭素原子間距離）。

以上のことから、タンパク質の熱安定性を構造から予測及

さらに、この主鎖構造の局所的かつ微妙な変形が、A14 とび考察するためには、非常に正確かつ高精度な構造（主A38 の側鎖原子間にぶつかりを引き起こし及び解消して鎖構造で 0.5Å）が必要であると示唆される。

いることを解明した（図下）。以上、A14G のエンタルピー安

参考文献：

定化は、主鎖の局所的な構造変形が引き起こす側鎖原子1)Y. Kuroda and PS Kim, J. Mol. Biol., 298:493-501

間のぶつかりによるものであることが強く示唆された。また、(2000)

この側鎖原子間のぶつかりは、野生型 BPTI の構造を基に

2) M. M. Islam, et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA,

したモデリングでは予測できないことが分かった（図下左）。

105:15334 - 15339 (2008)3

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No. 1426 January, 2010
業績紹介：細胞内ＡＴＰ濃度をモニターする蛍光タンパク質センサーを開発
飯野亮太（阪大産研・A03 公募研究代表者）

CFP から YFP への Förster 型共鳴エネルギー移動（FRET）の効率が高くなる（図１左下）。この FRET
効率を指標として ATP 濃度をモニターした。測定可能

論文題目："Visualization of ATP levels inside single living

な ATP 濃度域は、εサブユニットの由来により大きく

cells with fluorescence resonance energy transfer-based

変えることができた。例えば好熱性 Bacillus sp. PS3 由genetically encoded indicators"

来のεでは ATP の解離定数は数M であるのに対し、

著 者 ： Hiromi Imamura, Kim P. Huynh Nhat, Hiroko

枯草菌由来のεでは mM のオーダーになる。尚、PS3

Togawa, Kenta Saito, Ryota Iino, Yasuyuki Kato-Yamada,と枯草菌のεはアミノ酸配列で約 70%一致しており、Takeharu Nagai, Hiroyuki Noji

ATP 結合に関与するアミノ酸残基は保存されている。

雑誌巻号：Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 15651-15656

なぜ解離定数が 1000 倍近くも違うのかは現時点では(2009)

不明であるが、我々はεサブユニットの構造の「揺らぎ」が重要だと予想している。この謎の解明にも是非

ATP は生体の最も重要な物質のひとつである。ATP

取り組みたい。

が ADP と無機リン酸に加水分解される際に放出され生細胞への適用例として、ATeam にミトコンドリア

る自由エネルギーは様々な酵素に利用され、通常は進または核への輸送シグナルを付加してヒト HeLa 細胞

行しない化学反応を触媒する助けとなる。また ATP はに発現させた。すると予想外なことに、ミトコンドリ

多くの酵素の活性をアロステリックに制御し、さらにアは核よりも ATP 濃度が低いことが明らかとなった

情報伝達分子としても働く。しかしながら細胞内の（図１右下）。この結果は、ミトコンドリアでの酸化的ATP 濃度の時空間的分布はこれまで明らかでなかった。

リン酸化で合成された ATP は迅速に細胞質に輸送さこの課題の解明のため我々は、生きた細胞内の ATPれることを示唆する。今後は、細胞内小器官の ATP 濃度の「揺らぎ」の計測も試みる予定である。

濃度を高い空間分解能でリアルタイムにモニターする
蛍光タンパク質センサーを開発した。センサーのベースにしたのは、細菌由来 FoF1-ATP 合成酵素（FoF1）の活性制御因子εサブユニットである。FoF1 は文字通り細胞内で ATP を合成する酵素で回転モータータンパ
ク質としても知られている。FoF1 による ATP の合成・加水分解は触媒部位であるβとαサブユニットの界面で行われるが、触媒部位とは離れた位置にあるεサブユニットにも ATP が結合することが近年判明した（結合するだけで分解はしない）[1]。結合は ATP 特異的で、
ADP、GTP、CTP、UTP や驚くことに dATP（デオキシATP）もほとんど結合しない。さらにεの C 末領域のαへリックスは伸びた構造と折りたたまれた構造に大

図１．（上）ATeam．（右下）ATeam の蛍光スペクトルのATP 濃度依存性．（左下）HeLa 細胞の ATP 濃度分布。
核（赤）の方がミトコンドリア（緑）よりも高い。

きく変化し、折りたたまれた構造は ATP 結合で大きく安定化されることが明らかとなった[2]。
εのこれらの性質を利用し本研究では、εの N 末端と C 末端にシアン蛍光タンパク質（CFP）および黄色

参考文献

蛍光タンパク質（YFP）を結合させた ATP センサー、[1] Y. Kato-Yamada and M. Yoshida, J. Biol. Chem. 278,

ATeam を開発した（図１上）。ATeam に ATP が結合す

36013-36016 (2003)

るとεの構造が変化して CFP と YFP がより近接し、[2] R. Iino et al., J. Biol. Chem. 280, 40130-40134 (2005)

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業績紹介：初期胚への物理的操作で逆巻きの貝が誕生する
黒田玲子（東大院総合文化・JST・A03 公募研究代表者）

Ｆ７コンジェニック系統巻貝を作った。この 0.8%の中に巻型決定遺伝子を引き継いでいると右巻きの子供を産み、引き継いでいないと左巻きの子供を産む。この

論文題目：" Chiral blastomere arrangement dictates

ような貝においても、右巻決定遺伝子を持っている貝

zygotic left-right asymmetry pathway in snails "が産む胚のみが SD および SI を示すことを確認すると

著者：Reiko Kuroda、Bunshiro Endo, Masanori Abe, and

ともに、Ｆ７コンジェニック系統巻貝においても、操Miho Shimizu

作をしていないコントロールの巻貝と同じく、nodal

雑誌巻号：Nature. 462, 790-794 (2009)と Pitx 共に発現部位が正常であることを確認した。
なお、発生のさらに早い段階である第２卵割期に同動物は体内構造や外観が左右非対称になっており、様の操作をおこない、４細胞期の割球配向を逆転させ

特に巻貝において顕著である。巻貝の巻型については、ても、その後の卵割は正常に戻った(図)。

1920 年代におこなわれた交配実験により、母性効果を

これらのことから、巻貝の巻型は、８細胞期という示す一遺伝子によって制御されていることが示されて早い時期における割球の相対的配置により決定されているが、いまだにこの巻型決定遺伝子の単離・同定はいることがはじめて明らかになった。巻型を決定するなされていない。われわれは、同種内に左右両巻型が一遺伝子は、その相対配置を決めているわけで、われ存在する淡水産巻貝ヨーロッパモノアラガイを用いてわれの操作は遺伝子の働きを上書きし、それを逆方向

初期卵割の観察をおこなった結果、優勢右巻貝のみがにしたことに当たる。なお、物理的操作によって逆巻

第３卵割期(4 細胞から 8 細胞へ)の中期に、割球のねじになった貝は、成熟して子供を産むが、それは、遺伝

れた突出(SD = Spiral deformation)および紡錘体の傾き

子に書かれた巻型をとる。

(SI=Spindle inclination)を示すという定説を覆す発見を参考文献し、この時期の細胞骨格ダイナミクスが巻型決定遺伝[1] Y, Shibazaki, M. Shimizu and R. Kuroda, Current[1]

Biolog, 14, 1462-1467 (2004).

子と強くリンクしていることを既に報告している｡

今回、更にこれを検証するために、８細胞期における割球配置を、分裂中の４つの細胞を微小なガラス棒
で押すことで左右逆転させてみた。その結果、遺伝子により本来右巻きになるはずの貝が左巻きの貝として誕生し、逆に、左巻きになるはずの貝が右巻きの貝として誕生した。これらの稚貝を成貝まで育てその内臓の形態・配置を調べたところ、いずれも殻も体内構造も完全に左右逆転していた。
脊椎動物をはじめ多くの動物では、その左右性は発生過程において左右非対称に発現する遺伝子 nodal とその下流因子 Pitx などによって制御されていることが知られている。極く最近、巻貝においてもこれらの遺伝子が左右非対称に発現していることが報告されたことから、割球配置を逆転させた胚でこれらの遺伝子の発現パターンを調べた結果、逆転胚では nodal と Pitx
共に発現部位も左右逆転していることを確認した。
さらに、戻し交配を繰り返し行うことで、平均すると右巻きゲノムが 0.8%、左巻きゲノムが 99.2%という5「揺らぎと生体機能」ニュースレター
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シンポジウム報告
The 3rd International Symposium on
Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
岡本祐幸（名古屋大学大学院理学研究科・A01 計画研
究代表者）も行った）、貴重なアドバイスを頂いた。
豊田講堂は 1200 名収容可の大講堂であるので、1 階席の真ん中の 300 席余りだけを利用することにした。
このゆったりとした環境の下で、有意義な討論が活発

2009 年 12 月 20 日・21 日に名古屋大学豊田講堂で、に展開された。討論内容の詳細については以下の 4 名

本新学術領域研究「揺らぎと生体機能」の第 3 回公開の参加者の報告にゆだねたい。

シ ン ポ ジ ウ ム "The 3rd International Symposium on

両シンポジウムを成功に導くために快く協力して下Molecular Science of Fluctuations toward Biological

さった、片岡研秘書の日笠さん、上岡研秘書の寺生さFunctions"が、続いて、22 日・23 日に名古屋大学シンん、桑島研・加藤研秘書の田中さん、分子研秘書野村

ポジオンで第 2 回日韓セミナー"The 2nd Japan-Korea

さん、私の秘書の臼井さん、更には、桑島研及び私のSeminar on Biomolecular Sciences: Experiments and研究室の若手研究者・学生諸君に特に感謝したい。

Simulations"（本新学術領域研究と日本学術振興会アジアコア事業の援助を受けて分子研が主催）が開催された。前者の参加者は、海外からの参加者 18 名（韓国からの 12 名を含む）の他、合計 152 名であった。また、後者の参加者は、海外からの参加者 18 名（韓国からの16 名を含む）の他、合計 50 名余りであった。前者は招待講演 14 件（海外からの招待講演 8 件と国内の本新
学術領域研究の班員の招待講演 6 件）とポスターセッションから成り立ったが、ポスター発表は 87 件を数えた。後者は 34 件（うち 13 件が韓国からの招待講演）の招待講演のみから成り立った。両シンポジウムとも
活発な討論が交わされ盛況であった。
第 3 回公開シンポジウムの招待講演者は以下の 14人であった。Christian Griesinger (MPI for Biophys Chem)、
Luhua Lai (Peking U)、R.J. Dwayne Miller (U of Toronto)、
Chaok Seok (Seoul Natl U)、Douglas Tobias (UC Irvine)、
Vladimir Uversky (Indiana U)、Gregory Voth (U of Utah)、
Haw Yang (Princeton U)、老木成稔（福井大）、岡田誠治（熊本大）、川上勝（北陸先端大）、黒田玲子（東大）、高田彰二（京大）、水口峰之（富山大）。ただし、Voth
氏が開会寸前に来日を取りやめたために、Seokmin
Shin (Seoul Natl U)が代わりに招待講演を行った。
また、シンポジウムには本新学術領域研究の研究評
価委員の R.J.D. Miller 氏（カナダ・トロント大学）、北川禎三氏（豊田理化学研究所）、中原勝氏（京都大学・化学研究所）にも参加して頂き（Miller 氏は招待講演

6

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No. 1426 January, 2010
Chaok Seok
（Seoul National University, 招待講演者）(R.

Kuroda,M.

Mizuguchi,

C.

Griesinger),fluctuations harnessed by molecular motors (S.
Takada),intrinsic

fluctuations

and

their

implications for biological functions in intrinsicallydisordered proteins (V. N. Uversky).
Development and application of novel experimental
and theoretical techniques accompanied by thestudies mentioned above were also discussed. Suchtechniques will provide essential tools for future“The 3rd International Symposium on Molecular

breakthroughs in the field. Pioneering techniques

Science

Biologicaldiscussed in the symposium include coherent

Functions” left very strong impression on our fellow

multidimensional spectroscopy (R. J. D. Miller),

Korean scientists. The symposium program wasdiffracted X-ray tracking (S. Oiki), atomic force

very well organized around the important theme of

microscopy (M. Kawakami), fluorescence resonancefluctuations and functions in biological systems.

electron transfer (H. Yang), chiroptics (R. Kuroda),

The lectures and posters covered a wide range of top

nuclearquality

all-atom molecular dynamics simulation (S. Shin),ofFluctuations

research,fromtowardfast

fluctuations

anddynamics to slower, global fluctuations that lead tomagnetic

resonamce(C.

Griesinger,

and coarse-grained simulation (S. Takada).

large scale molecular motions, all of which areessential for understanding biological functions.

The symposium provided an excellent model for a

There were active discussions during symposium

large scale, community-wide project towards ansessions,

break

Stimulatingtimes,

ideas

and

were

postersessions.

important scientific theme that has huge impacts

exchanged

betweennot only on fundamental sciences but also on

participants, regardless of nationalities. In short, it

biomedical

was a top level international symposium.

demonstrated that the core theme of the project,applications.

The

symposium

molecular fluctuations towards biological functions,
A wide variety of important biological systems thatindeed attacks the heart of important biologicalrequiretreatmentsofproblems. We hope Korea would be able to havepresented.

such a nice program in the future. We Korean

Fundamental basis regarding the nature of waterparticipants were very happy and honored to be

dynamics (R. J. D. Miller) and fast protein dynamics

part of this wonderful symposium.

fluctuations

and

from

the

dynamics

viewpoint

werethat depends on environmental conditions (D. J.
Tobias)discussedbytwo

speakers.

were

Investigationson

fluctuations

international
that

directly

influence

biological

functions

were

佐藤啓文
（京都大学工学研究科・A01 公募研究代表者）

presented by Japanese scientists as well asinternational scientists: fluctuations involved in2009 年の年の瀬も押し詰まった 12 月 20 日・21 日にpotassium channel gating (S. Oiki), conformational

名 古 屋 大 学 豊 田 講 堂 で 、 "The 3rd Internationalchanges and dynamics important for enzyme action

Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward(H. Yang, L Lai), kinetics occurring in disease

Biological Functions"が公開シンポジウムとして、同大

related proteins including amyloid-forming proteins

学岡本祐幸先生のお世話で開催された。翌 22 日から連7

「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 1426 January, 2010
続 し て "2nd Japan-Korea Seminar on Biomolecular

ことができた。

Sciences Experiments and Simulations"が開催されたこと総括すると、様々な研究成果を網羅する濃密で大変もあり、韓国からも多数の研究者を迎えて熱心な討論

有意義な二日間であった。筆者は物理化学・理論化学がなされた。

を専門としているのでとりわけであろうが、広い専門

厳しい冷え込みの早朝、本領域研究評価委員でもあ分野に渡る本領域の全分野を深く理解するのは容易でる Dwayne Miller 先生の講演で幕を開け、水の不均一はないことを改めて感じた。その意味で、Miller 先生

構造が数百 fs の速い緩和を示すという多次元分光法にが、広域な参加者を意識してか、非常に平易なイントよる最近の成果について報告された。次いで当初予定

ロダクションを用意され、ベルを例に echo の原理を分されていた Greg. Voth 先生の講演は都合で取りやめとかりやすく説明された姿が極めて印象に残った。共同

なり、Seokmin Shin 先生が代わりに講演され、蛋白質研究やこうしたシンポジウム、勉強会を通して互いのの折り畳み問題に対するサリス統計を積極的に用いたコミュニケーションを一層深めるための努力の重要性

様々なアプローチについての報告があった。老木先生を再認識する機会にもなった。
（なお、本稿作成にあたの DXT 法、Haw Yang 先生の FRET 分光法、川上先生って班員の高田さんにも貴重なご意見を賜りました。

の AFM と、一分子に焦点を当てた講演が続き多くの厚く御礼申し上げます）

関心も集まって熱心な討論が交わされた。Yang 先生が示したように、一分子過程と自由エネルギーランドス

湯浅順平(奈良先端大物質・A02 公募研究代表者)

ケープに代表される巨視的・統計的な視点とを結びつけることは、揺らぎと機能を合理的に整理・理解する上で非常に重要であると思う。黒田玲子先生からは独自の CD 分光による最近の成果が、また Chaok Seok 先

2009 年年末、12 月 20 日・21 日の 2 日間、名古屋大生は template に基づく半経験的構造予測法を紹介され

学豊田講堂において、"The 3rd International Symposiumた。特に Seok 先生の DNA に関する結果は、平田先生

on Molecular Science of Fluctuations toward Biologicalとのとりわけ真剣な討論があり大変興味を持ってうか

Functions"が公開シンポジウムとして、岡本祐幸先生のがった。

お世話で開催された。翌 22 日からは"2nd Japan-Korea

二日目は岡田先生から“humanized mice”の開発と、Seminar on Biomolecular Sciences Experiments andハイブリッドリポソームを用いたがん治療に関する成Simulations"が開催された。2 日間の日程で 14 件の講演

果の報告で始まった。聴衆からは非常に大きな反響がと 87 件のポスター発表が行われ、外国人のゲストを含あり、質問が相次いだ。続いて Uversky 先生からの”め、英語による活発な討論が行われた。

Intrinsically disordered protein (IDP)”に関する報告、シンポジウムは早朝 9 時から行われ、まず、領域代

Tobias 先生から特に蛋白質の水和構造に関する報告が、表の寺嶋先生から本新学術領域の概要についての紹介

また高田先生からは独自に開発を進めている粗視化モと領域内での活発な共同研究の推進についての提言がデルによる最近の成果が報告された。筆者の勉強不足行われた。引き続き、本領域研究評価委員の Dwayneを露呈するよ うだが、IDP が一般的であ るというMiller 先生の多次元分光法による水の不均一構造の緩Uversky 先生の主張には新鮮な感銘を受けた。最後の和過程の検出についての講演が行われ、講演プログラ

セッションでは、Lai 先生、水口先生、Griesinger 先生

ムが開始された。初日は計 7 件の講演が行われたが、から、SARS、精神遅滞、パーキンソン病など現実の疾Haw Yang 先生、老木先生、川上先生など、FRET 分光

病に直接関連する成果が報告された。一方で、法や DXT 法を駆使したタンパク質の一分子計測に関Griesinger 先生は誘電緩和に関わる極めて基盤科学的する講演が集中的に行われていたことが印象に残った。

報告も併せてされており、その守備範囲の広さにはい

特に老木先生の講演は、筆者のような分野外の聴衆にささか圧倒された。またシンポジウムでは、全体で 80

対しても理解しやすくなるような工夫がほどこされて件を超える多くのポスター発表があったが、昼食を挟おり、タンパク質の一分子計測に関する基本原理からんだ十分な時間が確保されており、ゆっくり討論する

最先端の研究について勉強させていただくことができ8「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 1426 January, 2010
岡村恵美子
（姫路獨協大学薬学部・A03 公募研究代表者）

た。また筆者が円二色性(CD)や円偏光発光(CPL)について研究していることもあり、黒田玲子先生の独自のCD 分光法開発についての講演はあらためて勉強させられた。特に、不均質不透明な媒体(水に不溶なアミロ

本領域の第３回シンポジウムが、去る１２月２０日

イド線維など)の円二色性を正しく評価することの難～２１日に名古屋大学豊田講堂で行われた。夏の暑さ

しさについて再認識させられた。今後、このような固が残るなかで開催された阿蘇の班会議から３カ月余り、体試料特有の巨視的異方性の問題を解決したキラリテ

年の瀬も押し迫り何かとあわただしい時期ではあった

ィー評価法が多くの研究者に利用されるようになるこが、直前に到来した本格的な冬の寒さも忘れてしまうとが期待される。全ての講演で活発な質疑応答が行わほど会場内では白熱した議論が展開され、充実したれ、予定の時間を超過しても議論がつきないほど白熱

exciting な２日間であった。お世話をされた名大・岡本

したシンポジウムとなった。その熱気はその日の夜に祐幸先生のご尽力の賜物であり、感謝したい。事務局

行われた懇親会にも持続され、英語による会話、議論からの依頼もあり、ここに私なりの印象を記したいとが会場中の至る所で行われた。また懇親会には多くの思う。性格上、客観性に欠けたり、私見が入るかもし学生も参加しており、彼らが外国人ゲストの先生とれないが、ご容赦願いたい。

堂々と英語で会話している姿が印象に残った。

第３回シンポジウムは、前回と同様、この分野で著

二日目の講演では岡田先生からハイブリッドリポソ

名な海外の研究者をお招きして、これらの研究者と領ームを用いたがん治療と“humanized mice”の開発に

域メンバーの口頭講演、それ以外のメンバーからのポ関する講演に聴衆の質問が集まったことが印象に残っ

スター発表の形式で行われた。領域 Advisor の Miller

た。また Uversky 先生の天然変性タンパク質に関する

先生、北川先生、中原先生も出席され、それぞれメン

講演は、筆者が従来持っていた“タンパク質は自発的にバーの発表に対して、議論を交わしながらも助言され折りたたみ構造を形成する” というイメージを大きくている様子が印象的であった。

変える内容であった。

領域の中では、生体の機能に直結するタンパク質と本シンポジウムでは、計 87 件のポスター発表があり、その揺らぎをテーマとした研究が多く、本シンポジウ

口頭講演に負けないくらいの白熱した議論が行われた。

ムにおいても、実験とシミュレーションの立場から実筆者のポスター発表に関しても多くの先生から貴重なに様々のアプローチが展開されていた。研究対象となご意見を頂いた。
（当日貴重なご意見を頂いた先生に厚るタンパク質も、生命の維持に必要なものから疾病にく御礼申し上げます）

関係するものまで、実にさまざまであった。筆者は実全体の印象として、最新の研究成果を広く深く理解

験屋であり、計算のノウハウに精通しているわけではすることのできた大変貴重なシンポジウムであった。

ないが、巨大なタンパク質の動きが、計算機の上とは

筆者は有機合成を主体とする物理化学を専門としていいえ再現されていく様子は、圧巻そのものであった。

るので、全ての講演を通じて、研究を推進する手法や一方、実験の分野においても、構造のみならず、‘運動’

問題意識、着眼点の違いに驚きと新鮮さを感じた。一に重きを置いたものが主流となっていた。Methodology

方で、このような研究分野が異なることによる“考え方の違いはあるにせよ、多かれ少なかれ今後の研究が目の違い”をうまく融合することができれば、これまで誰指すべき方向を十二分に感じ取ることができた。

も気づかなかった新しい視点での研究領域がうまれる

シンポジウムの opening、Miller 先生の講演は、のではないか、そういう期待感を持つことが出来た。

Coherent Multidimensional Spectroscopy に関するものでこのような共同研究をこれまで以上に推進して行くたあった。鐘の音の echo の話から始まり、水の振動の話

めには領域内の研究を理解するとともに、多くの先生を経て、最後に、Quantum Coherence and Biology と題に自分の研究を理解していただく努力をすることが重して、タンパク質の揺らぎの話を紹介された。これに要であることを今回のシンポジウムを通じて改めて感関連して印象に残っているのは、”Proteins can tune the

じることができた。

power spectrum of their fluctuations.”という一文。タンパ
ク質がその機能を発揮するために最も適した構造配置

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「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 1426 January, 2010を揺らぎによって自然に獲得することを物語る、まさ今回、筆者がひそかに期待していた Prof. Voth の講に本質を捉えた文章である。動詞 tune には、筆者なり演を聞くことができなかったのは残念であった。しかの思い入れがあり、タンパク質が揺らぎによって機能し、冒頭にも述べたとおり、密度の濃い話題と議論のに適した構造をとっていく様子が手に取るように分か場に参加させていただくことができて、本当によかっる。あたかも、オーケストラが最高のハーモニーを奏たと思っている。次回は、芳坂先生のお世話で６月末でるために、管・弦・打合わせて約１００台もの楽器に班会議が予定されている。これから半年間の研究のの‘ラ’の音（注：NHK の時報の最初の音）が、てん展開が楽しみであると同時に、自身にとっても励みにでバラバラの状態から、オーボエの醸し出す 442.5 Hz

なること大である。

（筆者が在籍した当時の京大オーケストラの場合）の最後に、オーガナイズされた名大・岡本先生、秘書

周波数に見事に合わされていく (tuning とよぶ) ようの臼井さんをはじめ、岡本研究室の方々には本当におに。

世話になりました。あらためて御礼申し上げます。

また、２日目の冒頭、國枝秀世・名大理学研究科長の歓迎のあいさつの中では、ご専門の宇宙物理の分野において、密度揺らぎが星や宇宙の誕生に密接に関係している話が紹介された。あらためて拝聴すればその通りであり、さまざまな分野で語られる‘揺らぎ’の
奥の深さには脱帽せざるを得なかった。

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第 2 回日韓生体分子科学セミナー報告
The 2nd Japan-Korea Seminar on Biomolecular Sciences－
Experiments and Simulations
桑島邦博（岡崎統合ﾊﾞｲｵｻｲｴﾝｽｾﾝﾀｰ・A03 計画研究代表者）

化学を基盤とした研究の重要性も今後ますます高まって行くと期待されます。このような研究を担って行くのは分子科学者、生物物理学者、生化学者などであり、新学術領域研究の第３回公開シンポジウムに引き続

日本の分子科学研究所、韓国の KIAS（Korea Institute forき、2009 年 12 月 22-23 日の二日間、標記のセミナー

Advanced Study）と KAIST（Korea Advanced Institute ofが名古屋大学豊田講堂内にあるシンポジオン（新学術Science and Technology）では、このような生体分子のの公開シンポジウムでポスター発表のあった場所）で物理化学に関する研究も盛んに行われています。そこ

開催されました。全部で 34 件の講演があり、参加者は、で、これらの研究所が中心となって日韓の共同セミナ

日本から 19 名以上、韓国から 16 名、中国から 1 名、ーを開催し、両国間のこの分野の研究交流を深めるこ

米国から 1 名でした。こぢんまりとしたセミナーでしとがセミナーの目的でした。

たが活発な討論があり、また、韓国側からの参加者が来年度も、2011 年 2 月 27 日－3 月 1 日の日程で、第新学術領域研究の公開シンポジウムにも参加できて、３回のセミナーを韓国済州島で開催の予定です。最後

皆大変満足できる内容であったと思います。

となりましたが、今回のセミナーを新学術領域研究とセミナーの発表内容は、蛋白質のフォールディング、の共催にしていただきましたこと感謝申し上げます。

アミロイド形成などに関する分子レベルの実験とシミュレーション、分子モータなどの蛋白質超分子複合体、蛋白質ネットワーク、電子
顕微鏡画像解析、天然変性
蛋白質、神経ネットワーク
デバイスの開発など多岐にわたりました。
このセミナーはもともと
は、分子研で行われている
日本学術振興会アジア研究
教育拠点（アジアコア）事
業の活動の一つとして行われたものです。蛋白質を始めとする生体分子の構造形
成と機能発現の分子機構に関する研究は、ポスト・ゲ
ノムの重要な研究として位置づけられます。特に、バイオインフォマティクスやシステム生物学などの情報科学を基盤とした新しい研第２回日韓生体分子科学セミナー集合写真

究分野が大きく進展しつつ（2009 年 12 月 22 日、名古屋大学豊田講堂にて）ある中で、生体分子の物理11「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No.14
26 January, 2010
シンポジウム報告
25th RBC International Symposium“Genomic Instability: mechanisms and diseases”
instability

鈴木 元（名大院医・A03 公募研究代表者）

Session 2. Mechanisms to prevent genome
京都大学放射生物研究センターでは 20 年以上にわ

instability
Session 3. Approaches and models in studying

たり、生命医学分野における議論をはかるため国際シンポジウムを開催しています。今年度は、平成 21 年

genome instability

11 月 31 日 から 12 月 1 日の二日間にわたり、

Session 4. Genome instability in human disorder“Genomic Instability: mechanisms and diseases”とkeynote speech でシンポジウムの冒頭を飾ったの

題した 25 回目の国際シンポジウムが Co-op Inn Kyoto

は Yosef Shiloh 博士 (Tel Aviv U)でした。博士は 15において開催されました。今回このシンポジウムに招年ほど前に、Ataxia telangiectasia と呼ばれる希な遺待され講演を行ったので報告させていただきます。

伝性疾患の原因として ATM 遺伝子異常を同定いたし

ゲノム遺伝子情報をその収納と発現を担う染色体にました。それ以降、ATM は、染色体の断裂から細胞

安定に維持し、正確に複製し、さらに娘細胞に分配すを守る中心遺伝子として常に高い注目を集めています。

る分子機構は、生命の本質に関わる中心的メカニズム

この他の講演においても、世界の最新情報を耳にし討です。我々のゲノムは常に内在性、外因性のストレス論を重ねることを通じて大いに刺激を受けることがでによってゲノムの安定性が脅かされていますが、近年きました。

の分子生物学的手法の発達によって疾患の本体にいた

私は最後のセッションにおいて「POLD4 reduction

るまでより直接的な議論が可能になってきています。

and genomic instability induction in small cell lung

こうした背景のもと、シンポジウムは基礎生物学から

cancer」と題して講演を行いました。たいへん多くの疾患に至るまで以下の４つのセッションよりなり、海方々に興味を抱いていただき、活発な討論をいただき

外より 7 名、国内より 10 名の演者による講演が行わました。今後とも種々の機会を通じて「揺らぎ」の宣れました。

伝に努めると共に、討論を通じて新しいアイデアを見Session 1. Mechanisms to prevent genome

つけていくことが大切であると実感した次第です。

シンポジウムにおける発表スナップ

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上岡グループと岡田班員（熊大医）・鈴木班員（名大医）の共同研究始まる！
松下 琢（崇城大生物生命・A03 公募研究代表者）
上岡龍一（崇城大生物生命・A03 計画研究代表者）
新年明けましておめでとうございます。
年末から年始にかけて、当研究室と岡田誠治班員（熊本大学医学部・教授）の共同研究が、２件論文に掲載
決定と投稿済みとなりました。また１月６日（水）には、鈴木元班員（名古屋大学医学部・講師）が、来熊され、当研究室で共同研究の研究討論およびセミナーをされましたので報告いたします。

（セミナーで講演中の鈴木元班員）

岡田誠治班員との共同研究の１件目は、エイズ関連

演題は「肺癌に見られた遺伝的揺らぎ制御機構」で、悪性リンパ腫に対する、当研究室で開発したハイブリ

年始にもかかわらず、岡田班員をはじめ、当研究室のッドリポソームの細胞増殖抑制効果に関する論文で、松本陽子教授、後藤浩一准教授や、他研究室の多くの第３回公開シンポジウムでも、岡田班員よりその一部

教員大学院生の参加も有り、大変盛会なセミナーとなが口頭発表されました。丁度、同シンポジウムの期間りました。質疑応答も活発で、固形癌が持つ様々な中に投稿論文が Leukemia Research に掲載決定となる

genetic instability（遺伝的揺らぎ）と形質の多様性につうれしい知らせがありました。エイズリンパ腫は難治

いて、議論となりました。

性・再発性であり、有効な治療法の開発が切望されてセミナー後には、懇親会を開き、今後の共同研究のいます。２件目は、胆管がんに対するハイブリッドリ

さらなる推進に向けて、意見交換が行われました。

ポソームの細胞増殖抑制効果と細胞周期に与える影響についての論文で、１月７日に投稿済みとなりました。
今後、治療薬の開発としてのみならず、「細胞膜の揺らぎと機能」の観点からも、上記の共同研究がさらに進展することが期待されます。
また、鈴木元班員（名古屋大学医学部・講師）が、１月６日（水）に来熊され、当研究室で共同研究の研究討論を行いました。午後からは、研究室主催のセミナーも開催しました。

（左から岡田班員、鈴木班員、上岡班長、松下班員）
当研究室では、上記以外にも、平田文男計画研究代
表者（分子科学研究所・教授）との共同研究や、岡本祐幸計画研究代表者（名古屋大学理学部・教授）との共同研究を、それぞれ推進しています。
今年は、益々共同研究の輪が広がっていくことが期待されます。本年も、何卒よろしくお願い致します。

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黒田班員らの研究成果が国内外の新聞等に掲載される。
A03 班、公募研究班の黒田玲子博士と JST SORST 黒田カイロモルフォロジーチームの遠藤文志郎技
術員、阿部真典博士、清水美穂博士（研究協力者）の成果が国内外の各報道機関により、2009 年 11月 26 日から 12 月 6 日にかけて掲載されました。一部のみ紹介します。

eight-cell stage, they could reverse the geneticallydetermined handedness of each snail.
From that point on, all the symmetry of the snail wascompletely reversed from what would be expectedfrom its ancestors, including the bodily position oforgans such as the heart or anus, and the direction ofcoiling in the conical shell.
He's got grandmother's shell
Yet the usual inherited symmetry was restored indescendants of the altered snails, proving that thenodal gene has the ultimate say in handedness unless
its programming is physically disrupted at theeight-cell stage.

How to wind snail shells up the wrong way
15:48 26 November 2009 by Andy Coghlan
For similar stories, visit the Genetics Topic Guide
Prod a snail embryo with fine glass rods and you canmake its shell coil in the opposite direction to normal.
This gives an insight into how and when bodily
symmetry is controlled through a mixture of genetic
programming and physical forces. "The onset ofleft-right symmetry in vertebrates is still unknown,
and our work may shed light on this," says Reiko
Kuroda, who led the team at the University of Tokyo,
Japan, that reversed snail "handedness".

"We override the function of the handedness gene,but not the gene itself," says Kuroda. "Themanipulated snails went on to produce offspring withgenetically determined handedness."

Kuroda and her colleagues worked with a snail
species whose cone and bodily symmetry can beeither right or left-"handed", depending on the actionof a gene in the mother snail called nodal.

Kuroda and her colleagues hope to investigate thegenetics and physiology of handedness further. "It'sintriguing what the relative orientation of the embryoat the eight-cell stage does to determine the left-rightsymmetry in the whole developmental pathway," shesays.

By prodding embryos gently with glass rods at the

Journal reference: Nature, DOI: 10.1038/nature08597

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No. 1426 January, 201015

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右巻き左巻き自由自在 貝の殻、方向操作に成功
細胞分裂を始めたばかりの巻き貝の胚（受精卵）を操作して、自然状態での巻き方とは逆向きの殻を作らせることに東京大の黒田玲子教授（生物物理化学）らの研究グループが成功し、２６日付の英科学誌ネイチャー電子版に発表した。
体の構造が左右非対称となる生物は、通常は左側に心臓が位置する人間を含め数多い。黒田教授は「巻き貝の研究から、体の左右決定に関する幅広い知見が得られるだろう」と話している。
この巻き貝は、欧州原産で淡水にすむ体長２、３センチのヨーロッパモノアラガイ。右巻きタ
イプと左巻きタイプの両方がおり、母親の遺伝子によって子どもの殻の巻き方が決まる。
グループは、右巻きの場合は胚が２回目に細胞分裂する際、左巻きの場合は３回目の分裂後に、それぞれの方向にねじれ始めることに着目。
極細のガラス棒を使い、さまざまなタイミング
で細胞がねじれる本来の向きとは逆に力を加え、その後の成長を観察した。
その結果、右巻きか左巻きかにかかわらず、
３回目の分裂で細胞が４個から８個になる最中に力が加わった胚は、本来のねじれとは逆向きに成長した。巻き方が逆になったこと以外は、まったく異常がなかったという。
2009/11/26 03:02 【共同通信】

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