NMR
http://www.nmrj.jp

Bulletin of the Nuclear Magnetic
Resonance Society of Japan

13 No.1 & 2 2023

Vol.

会長メッセージ 藤原敏道
巻頭エッセイ 若松馨、藤原敏道
NMR 講座：NMR 基礎講座 池上貴久、武田和行、拝師智之、福士江里
総説論文：解説 上田卓見、齋尾 智英、森本大智、岩原淳二、寺山慧、
楊井伸浩
総説論文：トピックス 鳥澤拓也、横地政志
総説論文：NMR 便利帳 金場哲平
NMR 講座：NMR 史点描 寺尾武彦
2022 年度学会顕彰：進歩賞
2023 年度学会顕彰：進歩賞
2023 年度学会顕彰：若手ポスター賞
会員便り：研究室便り 川越聡一郎、越野広雪、三島正規、梶弘典、橋本康博
会員便り：若手ＮＭＲ研究会便り 山置佑大
会員便り：海外学会参加報告 Pooppadi Maxin Sayeesh、熊谷咲里、
阪本知樹、宗月都

日本核磁気共鳴学会

The Nuclear Magnetic Resonance Society of Japan

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大陽日酸 株式会社

NMR プラットフォーム（文科省 先端研究基盤共用促進事業）
日本電子 株式会社株式会社 シゲミ
ブルカージャパン 株式会社

Magritek株式会社 エルエイシステムズ

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1キット
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数量 希望納入価格（円）1mL
220,000
1mL

120,000

膜タンパク質 発現例■各種安定同位体標識アミノ酸
製品番号
A107-0144
A39-0072
A41-0074
A40-0073
A42-0075
A91-0128
A92-0129
A108-0145

製品番号
製品名
数量 希望納入価格（円）A226-0290 膜タンパク質合成用添加剤 Set A 1キット
20,000Bacteriorhodopsin

製品名
数量 希望納入価格（円）
アミノ酸混合物水溶液-UL-d
1mL
25,0001mL
15,000アミノ酸混合物水溶液-UL-15N
1mL
18,000アミノ酸混合物水溶液-UL-15N,d
1mL
30,000アミノ酸混合物水溶液-UL-13C,15N
1mL
35,000アミノ酸混合物水溶液-UL-13C,15N,d
アミノ酸混合物水溶液-Lys,Arg-UL-13C,15N 1mL
20,000アミノ酸混合物水溶液-Lys,Leu-UL-13C,15N 1mL
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1mL
12,00020種類のアミノ酸を含有しております。

Template DNA
Detergent (Internal solution)
Lipid(Internal solution)kDa

No DNA

Bacteriorhodopsin
Cho CHA Dig
PC
PC
PC
PC

Dch
PC

30
20.1

Purplish brown color represents proper folding of Bacteriorhodopsin.

用途例◎ スクリーニング用多検体発現、細胞毒性タンパク質発現、変異体発現
PC,L-α-Phosphatidylcholine; Cho, Cholate; CHA, CHAPS; Dig, Digitonin;
Dch, Deoxycholate; Left lanes, total; Right lanes, supernatant◎ 多次元NMR、クライオ電子顕微鏡、X線回折、中性子線回折等による構造解析用タンパク質発現◎ 質量分析用安定同位体標識タンパク質発現

核酸

アミノ酸・ケト酸● 10%, 20% Phosphoramidites ( C, N, d)● NTPs / NMPs (13C, 15N, d) ● RNA・DNAオリゴマ合成
1315● L-Amino Acids ( C, 15N, d)●α-Keto Acids (13C, d)
13

その他

培地
● D-Glucose ( C, d) ● Salts ( N, d)● Deuterium Oxide 99.9atom%
13

15● Algal Amino Acids (13C, 15N, d)ing
ComSoon！Deuterated NDSB

● Water-17O (10-90atom%)● Lanthanide Tag● Pf1 NMR Cosolvent※Biomolecular NMR専門カタログをご用意しておりますのでお気軽にお問い合わせください。
製造・総販売元

大陽日酸株式会社 イノベーションユニット SI事業部

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トがあります◆ 遠隔操作・⾃動測定により、災害時・⾏動制限下での利⽤も可能です◆ ヘリウム不⾜問題解消、⼤型機器導⼊・維持管理削減につながります

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NMR
Bulletin of the Nuclear Magnetic
Resonance Society of Japan

Vol.

13

No.2

March 2024

日本核磁気共鳴学会

The Nuclear Magnetic Resonance Society of Japan

CONTENTS●巻頭エッセイ

長く NMR の開発と応用にかかわって…………………………………………………………………………………………… 67
藤原 敏道● NMR 講座：NMR 基礎講座

NMR 研究者へ MRI の紹介：MRI 装置開発の視点から… …………………………………………………………… 69
拝師 智之

エックス

未知化合物 X の構造を推定せよ
福士 江里

─低分子化合物の溶液 NMR による構造決定演習─（第一回）………………… 77●総説論文：解説

NMR を用いた生体高分子表面周辺静電ポテンシャルの直接測定………………………………………………… 86
岩原 淳二、外山 侑樹

分子生成 AI による分子設計と分子同定の試み……………………………………………………………………………… 93
寺山 慧

光励起三重項を用いた生体分子の核スピン高偏極化… …………………………………………………………………100
濵地 智之、楊井 伸浩●総説論文：トピックス

製薬企業における創薬のための生体系 NMR の活用戦略（中外製薬の場合）

─最近の動向と将来の展望─… ………………………………………………………………………………………………………………110

奥出 順也、鳥澤 拓也

BMRB および BMRBj の最近の動向………………………………………………………………………………………………116
横地 政志●総説論文：NMR 便利帳

NOAH、UTOPIA-NMR による NMR 測定におけるタイムパフォーマンス向上…………………………127
金場 哲平●会員便り：研究室便り

京都大学 化学研究所 梶研究室………………………………………………………………………………………………………131
鈴木 克明、梶 弘典

旭化成株式会社 基盤技術研究所… …………………………………………………………………………………………………136
村上 公也、橋本 康博● 2023 年度学会顕彰：若手ポスター賞

第 62 回 NMR 討論会（2023）若手ポスター賞について……………………………………………………………………141● 2023 年度学会顕彰：進歩賞「進歩賞」について… ………………………………………………………………………………………………………………………143●会員便り：海外学会参加報告

ISMAR 2023 参加報告書… ……………………………………………………………………………………………………………145
熊谷 咲里

ISMAR 2023 参加報告書… ……………………………………………………………………………………………………………146
阪本 知樹

Asia Pacific Nuclear Magnetic Resonance（APNMR）2023 参加報告書…………………………………149
宗 月都● NMR 学会からのお知らせ

日本核磁気共鳴学会の決定事項… …………………………………………………………………………………………………150
日本核磁気共鳴学会機関誌投稿規程………………………………………………………………………………………………152賛助会員名簿… ………………………………………………………………………………………………………………………………154
日本核磁気共鳴学会機関誌編集委員会委員名簿（2022-2023 年度）… ……………………………………………155
編集後記… ………………………………………………………………………………………………………………………………………156

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

67

巻頭エッセイ

大阪大学蛋白質研究所

藤原 敏道
tfjwr@protein.osaka-u.ac.jp

算処理、細胞と遺伝子制御を使った同位体標識は

年退職などで区切りを迎える際に功労者講演を依

実験技術に取り入れられて、広く使われる先進的頼している。私もこの講演を NMR 討論会 2023 でな NMR 法を生み出してきた。既存技術がほぼ確行ったものとして、これまでのかかわりを振り返立している領域の研究では、その改良で先端に追り、考えてみようと思う。

いつくよりも、新しい技術を導入して追い越す方

私は、学部生であった 1979 年から 2023 年まで、が効率的で有用なことが少なくなかった。

ほぼ毎年 NMR 討論会に参加した。この期間、研究者として生体機能を分子構造から解明すること

NMR の重要性は特徴を生かしてをめざし、その有力な実験法の一つとして NMR

役立つことになるの応用と開発を行った。NMR 実験で得られるの

NMR は計測手段であり、それ自身興味深いがは、対象試料のスペクトルやその変化だけであ目的ではない。計測対象を調べることが目的で重る。これらを証拠として、測定対象の実体である

要であり、この需要に答えることに意義がある。

分子構造を明らかにするという謎解きに興味を持

これによって、ノーベル賞により評価され、高額ち努力した。このために、対象についてモデルをな装置が広く導入されている。その対象や目的

立て量子論など物理化学を応用して数値解析にに関連する領域も日々進歩している。他の競合すよりその解明に取り組んだ。また、得たい分子

る計測・解析法も進み、より複雑な系の研究が重構造情報を明確に NMR 現象として表示させるた

要になっている。多くの進んだ手法と共同して、めに、同位体標識試料の調製と組み合わせてパル

NMR 法の特徴を生かす環境は 10 年程度で大きくス・ラジオ波照射で核スピン相互作用を制御する

変化する。そのなかで NMR の役割と能力を見直実験法の開発とその応用を行った。さらに NMR

し最適化して効率的に進めることが、死活的に求解析の能力を決める感度を千倍以上向上させる実

められている。

験法の開発を行った。この開発研究では、高磁場低温で電子スピンを磁気共鳴により励起するの地域に生き世界と交わり伸びていく

で、大幅な装置の開発を要した。このために、交高分解能 NMR の応用と基礎研究には高額な超流のなかったテラヘルツ波や極低温など異分野に電導磁石などを要し、その設備普及は国の経済力

わたり産業界も含んだ多くの研究者と協力した。

に依存する。日本では 1990 年頃から欧米に近い状

この過程では、グループ間の調整や資源の準備に況になったと思える。若手から指導・評価者の広も注力した。また長い期間にわたり、教育研究にい階層で基礎と応用の分野で人材が揃うのには長関して組織運営にも携わった。これらを通じて考期間を要する。これらのため、日本では人材的にもえたことを簡単に述べよう。

制約が残る。NMR 討論会では、先進的な研究が国内から多く発表されているが、その数や分野の広NMR 法はこれからも進歩し続ける

がりは限られている。世界をリードして影響力のあNMR 実験法は、利用できる技術によりその解る成果を生みだすために、さらに海外に加えて日析能力が大きな制約を受けている。これら制約は本で評価されるためにも、国際的な交流は重要だ。

科学技術の発展とともに取り除けるので、そのたびに今後も能力は絶えず向上するだろう。これまで、ラジオ波の制御、高磁場発生、高速な数値計
受領日：2023 年 12 月 14 日

変動する社会で進んでいく
NMR に関しても研究、学び、働く社会的環境

13巻

日本 NMR 学会では、長く寄与があった方へ定

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

長く NMR の開発と応用にかかわって

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

巻頭エッセイ68

は大きく変化している。社会課題や広い意味での作権、ハラスメント被害、気候変動、地震、ウク

人権への配慮が求められ、これらへの責任のある

ライナやパレスチナの国際紛争などは、国内外の対応は重要だ。コロナ渦での移動・会議制限、会NMR 研究者が直接係わることになり、学会や組議や実験に関する DX 技術の発展、He 不足、電気織運営での対応や、研究実施に大なり小なり確実

代の高騰、ジェンダー差別、研究倫理、知財・著に影響してきた。

69

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

NMR 講座：NMR 基礎講座

国際医療福祉大学 成田保健医療学部 放射線・情報科学科

拝師 智之
tomoyuki.haishi@iuhw.ac.jp

1. はじめに

約からは 1H プロトンのほぼ 1 択であろう。計測1973 年に米国の化学者である Paul Lauterbur 博

対象が患者である場合はジッと静止していただけ

士によって生み出された核磁気共鳴イメージング

るのは、10 分から長くても 30 分間である。このは、NMR から分派したことは皆が知る時間で患者さんの診断画像を取得するための、数ところである。それから約 50 年の月日が経ち兄種類のコントラスト画像が収集できるように撮像弟だと思っていた関係も いとこ くらいに離れプロトコルが組まれており、患者さんの様子を診てしまったのではないであろうか。これはこれらて医師が決定する。この撮像を主に担当するのが各分野間の研究者同士の学問的な交流にも当ては国家資格である診療放射線技師

まるように思える。NMR 装置は溶液用と固体用

ろん MRI で放射線は使用しないが、人体の解剖の差はあるが NMR 試験管に入れた試料を計測す学の訓練を厳しく受けて撮像対象を理解している

ることに最適化が進み、MRI 装置は生きた人間の技師さんは撮像が上手い。MRI 業界の基礎研究者

1

H プロトン形態画像に緩和時間コントラストを付は H 以外の核種を多核あるいは他核とよび様々与することで画像診断装置として活躍している。

な影響を考慮するとその感度は 1,000 倍悪いと理

NMR 装置が拡散計測を行うときに GZ 勾配磁場コ解している。研究用途の MRI では、生体内の生イルを使用することはよく知られているが、MRI

理食塩水レベルの Na 撮像

ではこれに加えて、GX コイル、および GY コイ

で、超偏極された

ルを装備して使用している。この三軸勾配磁場コ

ム電池の Li は数分から数時間等

イル（3-axis gradient coil）は、数多の日本語によ計測感度と計測時間のバランスが合えば可視化する教科書で 傾斜 磁場コイルと記載されており、

19
［10］
できるが
ることができる。生体内で F も計測

傾斜 とは？と困惑の原因となっている（この違今後のアプリケーションの展開に期待したい。ごいの認識が MRI 理解の越えるべき壁の一つであ

承知の通り H プロトン以外の磁気回転比ガンマ

る）。NMR 装置でもパルスシークエンスをうまく13
31 ［11］ 35（γ）は小さい。ほかには C、 P 、 Cl、そし調整すれば 1D プロファイル画像が取得可能であ

39て K は NMR として興味があり信号は得られてる。MRI の理解には、その原理も装置も技術要素も感度が低く、MRI として画像を得るためには高が多岐にわたるため、全容を理解するには良質な磁場磁石が無ければ厳しい戦いになるであろう。

情報と果てしない時間が必要である。物理工学系

NMR 信号は静磁場強度 B0 に曝らせた試料を、の先達が近くにいれば心強い。医療分野での解説

核スピンの集合体である核磁化 M の歳差運動周

MRI

［5］

である。もち

1

23

129

［6、7］

はおよそ 1 時間まXe ガスなら数秒［8］、リチウ［9］7、目的次第で1［3、4］は、冊数は多いものの医療系教育のバック

波数ω0 でファラデイの電磁誘導で検出したもの

グラウンドに合わせた記載になっており、理学部であるから、その信号強度 S は、静磁場強度 B0 ×

出身、工学部出身の研究者にとって物足りないかω0 ∝ B0 と言える。生体ノイズ N の寄与が大きもしれない。今回、MRI 業界での通説とともに、いため、人体を計測する 1.5 〜 3 Tesla の領域で

NMR 学会参加などで聞いてきた NMR と MRI のは、信号対ノイズ比 SNR ∝静磁場強度 B0 と医療間にある論点について、NMR 研究者を聞き手と系の教科書には記載されている。また、生体内でして想定していくらかまとめた。

計測できる H 核での計測時間 T と SNR の関係は、

文

2

1

SNR ∝√T であることが知られている。得られた

2. MRI の計測対象

MRI 画像をチェックして、SNR を 2 倍上げたけ

MRI の計測対象核種は、日常的な計測時間の制
受領日：2023 年 12 月 6 日

受理日：2023 年 12 月 29 日

れば 4 倍積算の画像を取得する。いっぽうで、プ
編集委員：野村 薫

13

巻

［1、2］

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

NMR 研究者へ MRI の紹介：MRI 装置開発の視点から

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

ロトン以外の核種での SNR と計測時間の関係が核スピンは便宜上、回転するコマ（独楽）にたと

SNR ∝√T になるかどうかは、時々に NMR の研えると捉えやすい。コマには自転（スピン）と歳差究者に聞いているが私が納得のいく説明は得られ運動（首振り運動）という二つの回転が存在するていない。スピン量子数が 3/2 の核種では、T1 緩が、多くの場合で混同されている。自転するコマ

和時間よりも計測繰返し時間 TR が短い場合、信（スピン）が重力との相互作用で首振り運動、つま号強度への影響は単純ではなさそうである。

り歳差運動すると考えるならば、 H 核スピンの矢1

特定のアミノ酸や、たんぱく質が MRI で計測

印は必ず静磁場 B0 と直交する成分を持たねば外できないか？という質問を時々受ける。ひとつは積は値を持たず、歳差運動はできない。静磁場 B0［12、13、14］

MR スペクトロスコピー（MRS）と呼ばれ（↑）から少し傾けた ↗ ↙ との記述があると、る手法がある。主に脳内の計測体積を限定して静磁場と核スピンの相互作用によって共鳴周波数

NMR 励起し、N-acetyl-aspartate（NAA）、creatine

での歳差運動が発生するという意識があることが（Cr）、myo-inositol（Ins）、 お よ び choline（Cho）

共感できて嬉しい。

等の信号ピークを検出することができる。MRS

生体内で水と脂質の数多の H 核スピンに対しImaging［15］あるいは CSI（Chemical Shift Imaging）て静磁場 B0 が印加されていると、個々の核スピ

は、MRS に よる 計 測 対 象 の 分 布 を 二 次 元 的 に

ンは静磁場軸に直角な平面方向についてはランダ

計測してカラーマップ表示したものである。特ムな方向を向きつつも、静磁場方向についてはに、水と脂質のケミカルシフトに注目している場

少しだけボルツマン分布の差ができる。この結

［16］

1

でも CSI とする場合がある。ほかには CEST果、数多のスピンの集合体である 巨視的な核磁（Chemical exchange Saturation Transfer）イメー

化 M0 が発生する。静磁場 B0 方向を向いた核磁合［17、18、19］が提案されている。アミドプロ

化 M0 は止まっているように見えても歳差運動周トンを対象とした amid proton transfer（APT）イ

波数ω0 で回転している。1H プロトンの核磁化 M0メージング、ヨード系造影剤イオパミドールを用の可動範囲は、いわゆるブロッホ球で表現する

いた Iopamidol CEST、常磁性体金属を用いた para

ことができるが、ブロッホ球の定義では半径が 1

CEST、さらに は amine CEST、gluco CEST など

で規格化されている。一方で、MRI での核磁化がある。MRI 造影剤としての標的薬はもちろん古M の大きさの最大値 M0 は後述するボクセル体積［20］

くから研究されており、MRI 分子イメージングの H プロトン数に比例する。核磁化 M の取りうというキーワードで多くの文献はヒットする。

る値の範囲は、− M0 ≦ M ＜ M0 となる。この核

ジング法

1

磁化の挙動は皆さんが良くご存じのように送信

3. 核スピンからブロッホ球としての核磁化 、そしてボクセルへ

ロッホ球のように、3 次元的に狙った方位に操作

スピン量子数が 1/2 である H プロトン核スピン

することができる。若干でも励起されれば核磁は、多くの NMR の教科書にあるように磁気モー化 M は、T1 緩和機構（時間）に従って、熱平衡状

メントとみなすことができて、静磁場 B0（↑）中態の核磁化 M0 に戻っていく。核磁化を 90°RF パに 曝 すとアップ スピン ↗ と、ダ ウンスピン

ルスで、静磁場 B0 に対して直角に倒した場合を↙ にゼーマン分裂して、ボルツマン分布に従っ

横磁化、またその成分を横磁化成分と呼ぶ。横磁1て熱平衡状態になる。 H 核スピンは、静磁場 B0

化成分の減衰が T2 緩和機構（時間）である。この（↑ Z 軸）から 54.7 °あるいは 125.3 °の方向を向く

横磁化の捉え方の違いが、NMR 屋と MRI 屋の大ことがスピン量子数から求められる。これら核ス

きな違いではないか。また T2* 緩和時間（ティーピンの一つひとつが静磁場強度 B0 と磁気回転比

ツースター）への感覚についても、日頃から不γ（ H 核 : 42.58 MHz/Tesla）に従って、ω = γB0

均質なものを扱っている MRI 屋は慣れがある。

の周波数で歳差運動することが知られている。ω

MRI 屋は核磁化 M の横磁化成分の大きさだけではそもそもラジアン［rad］であるが、便宜上は周なく、その回転座標系での位相方向を常に意識し波数［MHz］で扱った方が便利なので、ここも初ている。MRI の説明として「核スピンの歳差運動学者には？となる。教科書にはスピンの図として周波数の違いによって位置を識別している」かの↓ と完全に静磁場 B0 に平行 / 反平行であような記載が散見される。実際は図 1 に示すよう

るかのように示唆した矢印の記載の場合がある。

に「核磁化の歳差運動中心周波数における横磁化

1

NMR講座 NMR基礎講座

1

↑
70

RF パルスによる回転座標系での歳差運動で、ブ71

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024
巻

13
図 1 MRI での位置情報の付与は周波数というよりは位相である。MRI は 1 画素ずつに、横磁化の位相情報を付与している。T2 緩和時間程度の間、その位相情報を保持できる。位相情報の空間分布を 2D あるいは 3D フーリエ変換で、位置情報として取り出せる。

の 位相 によって位置を識別している」というマイクロスコピック［22］な空間分解能の限界は被ほうがより正しい。MRI では空間周波数情報を時写体のサイズを 128 等分するくらいで決まってお間軸（つまり周波数軸）に巧妙に併せこんでいる

り、1 辺が 4 mm 位の大きさのものを撮像する場

ためこのような誤解が生じているが極端に間違っ合で空間分解能は（31 µm） となる。MRI としてているわけではないので簡易な説明として定着しこの 3D 分解能を狙うのは大変で測定時間は数時ている。実際の細かいデータ収集手法について間を軽く必要とする。いっぽうで 2D 分解能であは長くなるので本稿では避けるが、Edelstein ら

れば静磁場強度にもよるが、（50 µm） × 0.5 mm

が 1980 年に発見した Spin Warp 法が、Lauterburの画像を 5 分程度で撮像できる。

3

2の Zeugmatography 手法からの大きなブレイクス
ルーであり、現在の MRI のフーリエイメージン

4. 横磁化の歳差運動位相を識別する方法
静磁場 B0 に垂直な核磁化 M の横磁化成分 Mxy

グの基礎となっている。

MRI は被写体の H プロトン密度を信号の最大（Mx, My）は 単 純 に 2 次 元 ベ ク ト ル と 考 え て よ

値とした、緩和時間の空間分布計測である。こい。超電導磁石であれば核磁化を上方から覗いての分布を得るために、撮像パルスシークエンス

いる感じである。一般的に Mxy（Mx, My）の実部の設計者は、被写体を画素数で刻んだボクセル（real）が Mx、虚部（imaginary）が My とされるこ（voxcel）を考える。この各ボクセルは上述のブとが多いと思うが、実部と虚部は人間が計測の結ロッホ球とみなせることができる。ボクセルの数

果で都合に合わせて選びだすものであって、計測と各サイズは任意である。特段、ボクセル数が１直後では得られている信号に核磁化の実部と虚部でサイズが無限大（≦ RF コイルの感度領域）のの違いはない。通常、横磁化の位相φは、− 180°

場合は、NMR 計測と同様に位置を識別しないこ≦φ≦ 180°以内で（計測者の希望からは）ズレてとになる。ボクセルの集合体を 画像マトリック

いる。NMR 屋さんには 0 次位相補正（P0）と言えス と読んでおり、高速フーリエ変換の利便性かば伝わるかもしれない。ここで計測器として重要

ら歴史的に 2 の階乗であることが多い。スライスな点は、送信パルス波との受信された横磁化の位

選択励起の勾配磁場と RF パルスを用いて、被写相関係が、計測の開始から終了まで把握できてい体（256 mm） の 大 き さ の た と え ば 厚 さ 1 mm のるという点である。このためには静磁場 B0 は可部分だけを NMR 励起することができるが、この能な限り均一かつ静止しているのが好ましいし、励起された厚み部分を 2 次元的に 256 画素× 256

これに対応した周波数の高周波発振器はコヒーレ

画素のマトリックスとして分割すると、1 画素のントで送信側も受信側も途切れなく連続発振してサイズは（1 mm） ということになる。 H-MRI のいなくてはならない。NMR/MRI のトランシーバ

1

3

3

1

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2
［23］

を SDR 等（Software-defined radio） で自作する（Quadrature Phase Detection）という 単 語 は場合に、繰り返し時間 TR（Time of Repetition）のNMR や MRI の教科書にほぼ必ず載っている。し切れ目で高周波発振を一旦停止させてしまっていかし現物を見ることはまずなく、しっくりこな

る場合がある。MRI の T1 強調画像を撮像する場

い。実際に使用するデバイスは 90 °ハイブリッ

合では T1 緩和時間よりも短い時間で次の励起パ

ド という小型の受動素子でよい。 90 °ハイブ

ルスを照射するため、コヒーレンスの道案内であ

リッド は高周波の分配器であるが、図 2 に示する発振器が途切れてしまっては、RF 連続励起のように波の重ね合わせの特徴を利用して、入力に定常状態が完全にコントロールできていることに対して位相が−90 °および−180 °回転したものがはならないので注意したい。

出力される。様々な方式があるが基本は、2 つの

ここで NMR の RF プローブの H チャンネルと分配された高周波出力に 90 °の位相差があり、出NMR 分光器との同軸接続ケーブルを思い出してほ

力電力はそれぞれ入力電力の 50％になっている。

しい。昨今の NMR 用 RF コイルは送受信が兼用で原理は単純で、90 °ハイブリッドとして狙った周あり、相互接続の同軸ケーブルは 1 本である。つま

波数の波長λの 1/4 の経路長、つまりλ /4 波長り送信信号あるいは受信信号の実部も虚部も、同で構成される回路を構成する。たとえば NMR 周

じ周波数で同時に伝送されている。送信側と受信波数が 300 MHz である場合、波長λは 1 m である

側は時間で分割されている。RF コイルで検出されから、λ /4 の経 路 長は 25 cm となる。実際にはた直後の NMR 信号は高周波信号であり、高周波

25 cm は扱うサイズとして大きく、金属導体内でに搬送される形で、実部成分と虚部成分を保持しの波長短縮を考えると、もっと小型な回路が製造ている。私が学部生の時に物理の先生が「観測さされる。図中の長さは高周波としての経路長であれたものが実部である。
」と仰っていたのを憶えてると読んでいただきたい。経路長によって、90 °いる。商用の NMR 装置が出始めた時代では、AD位相差を生む受信信号の伝搬時間に速度にλ /4 の変換器が非常に高価であったことなどを背景に、分だけ違いが出てしまうが同軸ケーブル内の信号

横磁化のベクトル成分 Mxy（Mx, My）を完全同時に伝搬は光速であるため、25 cm の移動時間は無視

計測することができなかったので、横磁化の実部できるほど短く、NMR 計測のデータを取りこぼが位相ズレなく計測できるように、充分に受信位すほどではない。ただしこの 90 °ハイブリッドと 90 °で順番に調整した後でそれぞれの本
相を 0 °のような受動素子は、波長λに依存した特性を測定を開始したと聞いている。単純には受信側、持っているので、最適化された周波数以外での実あるいは送信側の経路長（≒ケーブル長）を変える

部と虚部の直交性やゲインバランスは完全ではな

ことなどで、送信位相や受信位相を固定的ではあい。中間周波数 IF という単語を聞いたことがある

るが調整することができる。電気的に経路長を変だろう。すべての NMR 周波数で分光器としてのえる 位相シフター という機器も存在していた。

最適化を行うことはできないので、分光器の設計

上述の実部と虚部を計測する手法として、位者が IF 周波数を定め、異なる周波数の高周波が、相 敏 感 検 波（Phase Sensitive Detection）や QPD

IF 周波数を必ず経由するようにすることで性能を

1

NMR講座 NMR基礎講座
図 2 QPD に用いる 90o ハイブリッド： 特定の高周波の波長λを考えて伝搬経路を変えた回路を構成する。λ ⁄4 移動するごとにλ ⁄4 波長の位相遅れが発生する。
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BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

入って、この IF 周波数の高周波信号を直接的に高の出だしを見てみると、励起 RF パルスの位相、

速 AD 変換することができるようになっている。

例 え ば 90 x、90 y な ど に 応 答 し て FID の 位 相 が実部と虚部の弁別はデジタル無線機の進歩、具応答することが分かる。NMR 周波数の 300 MHz

体的には IF 周波数を大きく上回るサンプリングなどを直接観測するオシロスコープは高価なの速度で AD 変換が可能となることで、新たな選択

で、IF 周波数の 12.5 MHz 付近などが見られるの肢が生まれた。Nyquist 周波数（定理）はご存じ

であれば、そちらの方が容易である。なお便宜だと思う。弁別したい最も高い周波数をデジタ

上、図 3 では、①②③④ を経るにつれて FID 信

ル標本化する場合には、2 倍以上の周波数でサン号が減衰しているが、実際の高速 AD 変換（例えプリングしなさいというアレである。すでに 90°

ば 50 MHz）ではこの間隔は非常に短く 0.02 µｓ以

ハイブリッドによって分岐された NMR 信号の実下であり、①を横磁化の Mx、②を横磁化の My と部と虚部は、ダブルバランストミキサーによっしてよい。データ点が膨大になるがデジタル標本て、周波数ダウンコンバートやアナログ検波し化された後であるし、大部分が不要に見えても信て NMR スペクトルの地域幅まで落とし込み、AD号成分は SNR 向上に使用できるので、あらゆる変換で取り込めばよい。いっぽうで、既述した

デジタルフィルタを駆使して、適切なデータを得ように高周波段、ここでは IF 周波数にまで持っればよい。NMR 計測ではここに 0 次位相補正、1てこられた NMR 信号には 1 本の信号線の中に実次位相補正も含まれる。MRI ではほとんどの場

部も虚部も含まれている。ここで、高速なデジ

合で、図 4 に示すように生データ（左側）を高速

タ ル 分 光 器 で は、IF 周 波 数 の ア ナ ロ グ NMR 信

フーリエ変換した後の、実部画像と虚部画像から号を、Nyquist 周波数のさらに 2 倍の周波数、つの絶対値画像が作成される。まれに、実部と虚部

まり IF 周波数の 4 倍の速さで高速 AD 変換してデの角度成分を反映した位相画像が作成されて、静ジタル標本化する。もし IF 周波数が 12.5 MHz で磁場の不均一性や流速の計測に用いられる。

あれば、高速 AD 変換のサンプリング周波数は50 MHz となる。この標本化信号は、既述したよ5. スペクトル帯域幅のためのデジタルフィルタ

うに修正できる固定的な受信位相ズレはあるも

NMR 装置でも MRI 装置でも、受信信号の周波のの、図 3 に示すように、おおざっぱに言えば 4数帯域幅についてはしっかり意識を持つ必要があ

点の繰り返しで ①実部＋、②虚部＋、③実部−、

る。NMR ではスペクトル幅を規定するし、MRI④虚部−、が ①②③④…①②③④ の繰り返しででは画像周波数帯域幅となり画像 SNR に直結す

図 3 高速デジタル分光器による搬送波周波数の 4 倍での AD 変換（≧ Nyquist
周波数の 2 倍以上）
：FID 取り込みのタイミングで（a）搬送高周波の山と位相が合った場合。
（b）谷から山への中間で位相が合った場合。①実部＋、②虚部＋、③実部−、④虚部−、が①②③④の繰り返しで現れる。実際のサンプリングは非常に高速で①②の間に FID による信号減衰はない。

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巻現れる。高速なオシロスコープでしっかりと FID
日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

確保することができる。昨今のデジタル化時代に73

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

図 4 MRI の生データと再構成画像（アボカド）： ＊実部と虚部は直交するベクトル成分。

図 5 FIR フィルタのカーネルの例。信号に対して時間軸で移動しながら内積をとることでフィルタの効果を得られる。

NMR講座 NMR基礎講座
74

る。昨今の NMR 装置でも MRI 装置でも、大変に時間軸上で 1 点のデータとし、これを時間軸で並

残念ながら、生信号を観測することが不可能もしべるとフィルタ処理された FID 信号となる。ここ

くはかなり難しくなっている。科学者あるいはエで アナログ的 というのは発生した FID に対す

ンジニアの後進を育成するという視点でも、NMR

る時間遅れの視点である。アナログフィルタの動でも MRI でも、生信号は 外付けのオシロスコー

作は非常に速いが受動素子ゆえに、なんらの受信

プ 等で見られるようにしておくべきだと思う。

信号変化よりも先には出力を反映することができ

こ こ で、 図 5、6 お よ び 7 に エ ク セ ル で 作 成ない。特性が良いとして知られている FIR フィル

し た 疑 似 FID 信 号 と そ れ に FIR フ ィ ル タ（FIR：

タもアナログ送受信機に対して適用するとなると

finite impulse response）を作用させた信号波形の高性能なアナログフィルタという域を出ない。イ変化を描画した。図 5 は FIR フィルタのカーネル

ンパルス応答という指標があるが、時間軸に対で、どれも同じ sinc 関数（＋ /−2π）であるが、して非対称な遅れとなって現れる。図 6 の FID の

時間軸上で重みの中心が異なる。サンプリングさ発生のタイミングを注視していただきたい。これた FID 信号と FIR カーネルの内積を計算して、こで FIR_1 は FID の発生に対して時間遅れはなく

75

図 6 アナログ的 FIR フィルタの FID への適用。フィルタ特性によって、“ 時間遅れ ” や “ うねり ” が発生する。

13

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

立ち上がっているが FID の包絡線に強い うねりんでいるので、時間軸に対して時間遅れなく対称（リンギング） が発生している。FIR_2 は FID の型の FIR カーネルを作用させることができる。図発生に対してやや遅れて立ち上がり FID の包絡

7 の左側のフィルタ後の FID 波形では時間遅れも線に弱い うねり が発生している。図 7 の右側

なく、包絡線の うねり も回避できる。データの波形はさらに時間遅れのある FIR_3 を作用させを取り込んだ後で落ち着いて信号処理ができるとたものであるが、時間軸上で左右対称のアナロいうのが SDR デジタル化の御利益である。アナグ的 FIR_3 を作用させることで、包絡線の うね

ログにしてもデジタルにしても、特に MRI では、り は減少している。しかしながらここまで FID

NMR 信号に空間周波数情報を載せて MRI 信号と波形の時間遅れが発生してしまうと実験の理解にしており、フィルタによって信号位置の遅延が発差しさわりがあるかもしれない。ところが図 7 の生してしまうと、後処理に影響が出る。翻って、左側の波形のように、この FIR_3 を SDR ソフト

フィルタによる時間遅延が発生しかねないことを［23］に到達したデジタル分光器の受前提に MRI 装置のハードウェアもソフトウェア

信系に対して作用させると面白いことができる。

も構築されているので、その時々の柔軟な対応は

SDR デジタル分光器は受信信号をほぼ常時取り込可能である。

ウェア無線機巻

図 7 デジタル分光器への FIR フィルタの適用の一例。アナログ的 FIR フィルタ（右）では時間遅れが発生していたがデジタル適用によって時間遅れのない、特性の良い、フィルタ動作が可能となる。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

6. まとめNMR 研究者と MRI 屋との議論のなかで話題となったことを記載して試みた。書かなかったアプ
リケーションとして、たとえば 食品 は MRI の計測対象として非常に面白い。NMR と重なる部分でもあるだろう。研究対象として魅力的でもある
が、人間や試験管ほど大きさが決まっているわけでもなく、食品のサイズは非常に様々なので遂行には手間がかかる。例えば、スナック菓子の油分の可視化、コメや麺類の吸水、天然岩牡蠣の身入り、雲丹の身入り、高級ワサビの墨入り、高級果
実への害虫の混入、等々あるが、頑張れば NMR/MRI は食品を高度に評価できる能力を持っている。
いっぽうで計測器はやはり人間のためにあるもの
なので、多くの場合でコストが合わなければ、実用化されることはない。時代を振り返ればハード
ウェア、特に静磁場磁石のエポックが、分野にブレイクスルーをもたらしてきたことを思い出す。最近では、高温超電導磁石や片側 NMR 磁石などが、その可能性を持っていると信じたい。分光器への疑問点は、しぶとく、装置メーカーに問い合わせて自分の思い通りのデータが得られるようになるまで、追い求める姿勢を継続したいものである。

NMR講座 NMR基礎講座

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拝師 智之（はいし・ともゆき） tomoyuki.haishi.mrtechnology@gmail.com

1996 年 筑波大学第三学群基礎工学類卒業
1999 年 株式会社エム・アール・テクノロジー（筑波大学ベンチャー）発起人設立、同代
表取締役（〜 2020 年）

2001 年 筑波大学大学院工学研究科物理工学 博士（工学）2002 年 慶應義塾大学経営管理研究科 MBA コース 自主退学
2005 年 ABQMR Inc. satellite-board（米国ＮＭ州ベンチャー企業）
2020 年 国際医療福祉大学大学院 放射線・情報科学分野 教授 〜現在に至る

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NMR 講座：NMR 基礎講座

─低分子化合物の溶液 NMR による構造決定演習─（第一回）
北海道大学大学院農学研究院

福士 江里
feria@agr.hokudai.ac.jp

はじめにす。分子式の各原子の数から不足水素指標（不飽和度、環と二重結合等価数）を計算します（図 1体高分子や合成高分子などとは NMR 解析のアプ（b））。C6H6O3 の不足水素指標は 4 です。この指ローチが異なり、これらと区別して低分子化合

標が 4 であることは、たとえば、二重結合が 4 個物といわれることがあります。その構造決定であり環がないこと、または二重結合 3 個と環が 1は、質量分析で分子式を求めたあと、各種一次個あること、…などを表しています。分子模型や、二次元（2D）NMR 法を用いて平面構造
元（1D）

紙の上に、分子式に従って原子を用意します（図と相対立体化学の決定を行います。試料は通常、

1（c））。

C、 N も天然存在比です。

13

15

本連載では、低分子の未知化合物の構造を決定

1

一次元（1D）H-NMR スペクトル（図 2）する道のりを一緒にたどっていきたいと思いま

化学シフトは、基準物質を入れずに溶媒由来

す。とても小さな分子をモデル化合物に選んでいのシグナルであわせることもできますが、重水ますので、途中で構造がわかってしまうことがあの場合は温度等によってプロトンシグナルが移りますが、大きな分子の部分構造をみているつも動してしまうため、図 2 は同じ温度で測定したりになって解析・帰属していきます。毎回、後半

TSP（Propionic-2,2,3,3-d4 acid, 3-(trimethylsilyl)-,に、クイズのスペクトルをのせますので、同様のsodium salt）を外部標準としてδH 0.00 ppm に合手順で構造を推定してみてください。構造は、後わせています。ピークテーブルには、ppm と Hz

日ニュースレターでお知らせします。

で表示したピーク位置とそのピーク高の相対値

NMR 測 定 は Bruker Avance Neo 500（ H：500を載せています。δH 4.76 ppm のシグナルは溶

MHz ）、または JEOL ECZ400S（ H ： 400 MHz）

媒由来です。それ以外に左から積分比（ピークので行う予定です。

面積比を赤色の曲線と数字で表示）1：1：3 でダ1

1

ブレット（d）、ダブレット、シングレット（s）がマルトール（1）の構造決定あります。それぞれメチン（CH）、メチン、メチ

マルトール（1）（ 図 1（a））はカラメルのようなル（CH3）と推定できます。ここで解析できるシ

甘い香りのする有機化合物です。この構造が未知

グナルについて、化学シフト（δH）と分裂様式であると仮定して、推定していきます。1 は立体（multiplicity, mul.）を書き出しておきます。構造

化学を決める必要がありません。立体化学の推定がわからなければ解析できない部分があることもは第二回以降に行います。

多いので、わかった時点で書き足していきます。

分 子 式 が C6H6O3 と わ か っ て い る も の と し ま

図 1 （a）マルトール（1）の構造が未知であるものとして推定していく。
（b）分子式から不足水素指標を計算する。
（c）分子模型などで、必要な数の原子を用意する。
受領日：2023 年 12 月 25 日

受理日：2024 年 1 月 9 日

編集委員：佐藤 一

13

巻

天然有機化合物や関連する合成化合物は、生

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

未知化合物 X の構造を推定せよ

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図 2 1（2 mg/D2O）の 1H-NMR スペクトル（500 MHz、27℃）。δH（TSP）=0.00 ppm（外部標準）。わかる範囲で分裂様式などを書いておく。

図 3 1 の 13C-NMR スペクトル（126 MHz）
。解析のために左から順にアルファベットを振る。

NMR講座 NMR基礎講座
78（b）1 の HSQC スペクトル。
図 4 （a）HSQC は直接結合するプロトンとカーボンを検出する。
（c）拡大図。プロトンに、直結するカーボンと同じアルファベットを振る。

1D 13C-NMR スペクトル（図 3）

二次元（2D）HSQC スペクトル（図 4）

重水はカーボンがないため溶媒でδC を補正す

HSQC は直接結合しているプロトンとカーボンることができません。図 3 はプロトンと同様に外に相関ピークを与えます（図 4（a））。メチルとメ

部標準 TSP をδC 0.0 ppm に合わせています。分

チンは正の、メチレンは負のピークで得られ、色子式どおり 6 個のカーボンシグナルが観測できて分けして表示されます。メチルとメチンの区別はいます。これから行う解析のため、左から順にアプロトンの積分比から行います。1 の HSQC スペ

ルファベットを振っておきます。

クトル（図 4（b））を使って、プロトンに、直結

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

図 5 ここまでの解析結果を整理する。（a）データテーブルを作る。
（b）ここまででわかった部分
構造と残りの原子で作る部分構造。
（c）不足水素指標の使い道を考える。

79

巻

13

図 6 （a）COSY では JHH カップリングのある 2 から 3 結合離れたプロトンどうしの相関が得られる。
（b）1、（d）COSY から推定される部分の COSY スペクトル。HSQC で振ったアルファベットを書き写す。（c）
構造。

するカーボンと同じアルファベットを振ってい（a））。ここでカーボンの化学シフトを小数点以きます。1 にはメチレンはなくすべての相関ピー

下一桁に四捨五入しています。プロトン、カーボ

クが正で得られています。f のカーボン（C-f）が、ンの化学シフトから、C-a はカルボニルカーボン

積分比からメチル基と推定したプロトンに相関であることと、b から e の 4 個のカーボンで二重があるので、このプロトンに f と書きます。C-f結合を二つ作ることが推定できます（図 5（b））。

はメチル基カーボンとわかります。化学シフト

残った酸素 2 個、水素 1 個で、水酸基とエーテル）を確認が近寄っている部分は拡大図（図 4（c）

一つずつを推定します。

します。H-f と同様に、H-b、H-e のアルファベッ

はじめに不足水素指標を 4 と求めていました。

トが振られ、C-b、C-e がメチンカーボンである

カルボニル一つ、二重結合二つを推定したので、とわかります。HSQC 相関のない C-a、C-c、C-d

残りの指標は 1 となり、環が一つあることになりは第四級炭素と推定できます。このような CH3、ます（図 5（c））。いまある部分構造で環を作るに

CH2、CH、C の区別（CHn, n=0,1,2,3）は、一次元

は、フラン、2 -ピロンまたは 4 -ピロンが良さそうの DEPT スペクトル（90 度と 135 度）で行うことです。フラン環はJ HH が小さいので除外し、また、もあります。

C-a のδC が 178.0 ppm であることから 4 -ピロンを第一候補にします。

ここまでの情報を整理（図 5）カーボンのピークテーブルに、直結するプロ
トンの情報を書き足して整理しておきます（図 52D COSY スペクトル（図 6）
COSY は 2 または 3 結合離れたプロトン−プロ

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

図 7 （a）HMBC では 2 から 3 結合離れたプロトンとカーボンに相関が得られる。メチル基があればメチル基プロトンから読み始める。
（b）1 の HMBC スペクトル。HSQC で振ったアルファベットを書き写す。
（c）これまでに分かっていた部分構造を HMBC でつなぐ。

トン間のJ HH カップリングを検出する手法です（図ル基プロトンから 2、3 結合以内にある炭素は最大6（a））。4 結合以上離れた遠隔カップリングが出

でも 4 個と少なく解析が容易で、また、メチル基ることもあります。低分子有機化合物の構造決LRの自由回転のおかげで J CH の角度依存性による定は C が天然存在比のままの試料で行うことが相関ピークの欠落がないからです。

13

多く、J CC カップリングを検出する測定を日常的

1 の HMBC スペクトル（図 7（b））でメチル基には行えないため、COSY で 3 結合離れたプロト

プロトン H-f と C-f との間に、大きなダブレットがンどうしを検出することで、間接的に隣り合ったあります。このように J CH で分裂した直結ピーク

カーボンを推定します。

が現れることがあり、遠隔の相関ピークと誤って）で は H-b と1 の COSY ス ペ ク ト ル（ 図 6（b）

解析しないように注意します。H-f は他には C-c、

H-e の 間 に 相 関 ピ ー ク が 得 ら れ て い ま す。1 はC-d にだけ相関があることから、図 6（c）のよう

H-NMR スペクトルだけでもこのカップリングがに C-c、C-d が二重結合を作っており、その一方推定できます。すでに b から e の 4 個のカーボンにメチル基と酸素が結合していると推定します

で二重結合を二つ作ることを推定していました。

（図 7（c））。図 6（d）の部分構造は否定されます。

C-b と C-e の二重結合と C-c と C-d の二重結合があ

すでに推定した 4- ピロンにあてはめてカルボニルる（図 6（c））、または C-c と C-d が C-b と C-e をはカーボン C-a および、C-b と C-e で作った二重結合）が推定されます。図 6
さむ部分構造（図 6（d）を配置し、残っている第四級炭素 C-c または C-d（d）は 4 -ピロンにはない部分構造です。

に水酸基を結合させます。

1

NMR講座 NMR基礎講座

得 ら れ て い る HMBC 相 関 か ら、c と d、b と e

2D HMBC スペクトル（図 7）の帰属を入れ替えた同じ構造が推定されます。

HMBC は 2 または 3 結合離れたプロトン カー
LR
ボン間の遠隔J CH カップリング（ J CH）を検出する

検証と仕上げ（図 8））、ヘテロ原子や第四級炭素を介手法で（図 7（a）

b、e の帰属に、α/β不飽和カルボニル化合物

した構造を組み立てることができます。4 結合以のプロトン、カーボンの化学シフトはα位が小上離れた相関が出ることもあります。 C/ H だけさく、β位が大きいという傾向を使い、これらとでなく N/ H も測定できます。HMBC スペクトの HMBC 相関から C-c と C-d も帰属できます。構ルはメチル基プロトンから読みはじめます。メチ

造式に COSY、HMBC の相関を書き入れ、平面

13

15

80

1

1

1

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.281

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024
巻

13

図 8 検証と仕上げ。
（a）1 の COSY、HMBC 相関。
（b）HMBC スペクトルの検証。（c）化合物のナンバリング。
（d）データテーブルの仕上げ。

構造と矛盾がないか確認します（図 8（a））。次に。
methanol-d 4、図 11、12）

HMBC スペクトルに、3 結合以内のプロトンと※印は溶媒由来のピークです。解答編を読みや）。 J CH
カーボンの結合数を記入します（図 8（b）

すくするため、 C-NMR スペクトルに振るアルは小さくなることもあるので、C-a/H-e のように

ファベットをあらかじめ記入してあります。

LR

13

相関ピークのない位置に数字が書かれることがあります。逆に、4 結合以上はなれているプロトン

参考とカーボンに HMBC 相関が出ている場合はその構造解析の手順、化学シフトやJ 値などのデータ

本数を記入したうえで、 J CH が見えやすい位置はたとえば下記書籍にあります。

関係であるか確認します。また、得られている相・シルバースタインら「有機化合物のスペクトルLR

関ピークで他の構造を組むことができないかどうによる同定法（第 8 版）」東京化学同人
・プレシュら「有機化合物の構造決定」シュプリ

かも検討します。
最後にデータテーブルのアルファベットを化合

ンガー・ジャパン

）に置き換えて（図 8
物のナンバリング（図 8（c）

・福 士 江 里・宗 宮（d））からナンバリング順に並べ替え、J 値をカッ

NMR」化学同人

プリング相手との平均値として完成させます。

創「これならわかる二 次 元・福士江里「よくある質問 NMR スペクトルの読み方」講談社サイエンティフィク

未知化合物 X の構造を推定せよ

著 者 が 執 筆 し て い る GC-MS・NMR 室 の Web サ

ミッション 1. 未知化合物2（分子式 C7H7NO3、2 mg/

イ ト は 引 越 作 業 中 で す。 移 転 後 の ア ド レ ス は

methanol-d 4、図 9、10）。

https://sites.google.com/elms.hokudai.ac.jp/ms-

ミッション 2. 未知化合物3（分子式 C6H5NO2、2 mg/

nmr/

福士 江里（ふくし・えり）

1987 年 北海道大学農学部農芸化学科卒業
1989 年 北海道大学大学院農学研究科修士課程農芸化学専攻修了
1989 年 北海道大学大学院農学部 文部技官、GC-MS・NMR 室勤務
1996 年 博士（農学）北海道大学（改組等により所属名称および職名が数回変更）

2019 年 北海道大学大学院農学研究院 技術専門員

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

NMR講座 NMR基礎講座
82

図 9 未知化合物 2（2 mg/methanol-d4）の構造を推定してみよう。（a）不足水素指標を計算しよう。（b）原子1。化学シフトと分裂様式を解析しよう。
（d）13C-NMR スペクを準備する。（c） H-NMR スペクトル（500 MHz）。
（e）HSQC スペクトル。CH3、CH は正（黒）、CH2 は負（赤）で得られる。（f）（e）の拡大。プトル（126 MHz）
ロトンに、直結するカーボンと同じアルファベットを振る。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.283

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024
巻

13

図 10 2 のデータの続き。
（a）ここまでの解析結果を整理しよう。
（b）ここまでで推定できる部分構造を書いてみよう。（c）COSY スペクトル。アルファベットを書き写す。（d）COSY でわかる推定構造を書いてみよう。
131（f）15N/1H HMBC。
（g）アルファベットを書き写す。構造を推定し、COSY、HMBC の相（e） C/ H HMBC。
関を検証しよう。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

NMR講座 NMR基礎講座
84

図 11 未知化合物 3（2 mg/methanol-d4）の構造を推定してみよう。
（a）不足水素指標を計算しよう。
（b）原子
1
。
（d）13C-NMR スペクトル（126 MHz）。
（e）HSQC スペクを準備する。
（c） H-NMR スペクトル（500 MHz）
トル。カーボンにアルファベットを書き写し、直結するプロトンにカーボンと同じアルファベットを振ろう。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.285

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024
巻13

図 12 3 のデータの続き。
（a）ここまでの解析結果を整理しよう。（b）ここまでで推定できる部分構造を書いて、（f）13C/1H お
みよう。
（c）COSY スペクトル。アルファベットを書き写そう。（d）部分構造を推定しよう。（e）
15
1
よび N/ H HMBC。カーボンとプロトンにアルファベットを書き写そう。（g）構造を推定し、COSY、HMBCの相関を検証しよう。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

総説論文：解説

NMR を用いた生体高分子表面周辺静電ポテンシャルの
直接測定

University of Texas Medical Branch、2 理化学研究所 生命機能科学研究センター1

岩原 淳二 1、外山 侑樹 2
j.iwahara@utmb.edu, yuki.toyama@riken.jp

1. はじめに

総説論文
解説
86

より、この状況は変わりつつある。この新規手法

生命における分子間相互作用の複雑なネット

では、3 次元構造情報を使用せずに生体高分子のワークには静電力が関与し、生体高分子の構造と静電ポテンシャルを定量的に算出することが可能

機能に影響を与える。タンパク質と核酸の結合、であり、また生体高分子の多くの残基について酵素触媒作用、液 – 液相分離（liquid–liquid phase

網羅的かつ同時に、分子表面周辺の静電ポテン

separation；LLPS）などの多様な生物学的過程にシャルを測定することができる点において優れておいて、静電相互作用は重要な役割を果たしていいる （図 1A）。本稿では、本手法から得られるる。静電相互作用エネルギーの正確な評価は、タ

実効表面周辺静電ポテンシャル（effective near–

ンパク質工学や医薬品設計の成功の鍵とも見なさ

surface electrostatic potential）を「φENS 電位」とれている。従来、生体高分子の静電ポテンシャル

略称し、その NMR による測定手法を「φENS 法」

は、3 次元構造に基づく計算化学的な研究の対象と称する。この新規の実験方法論は、静電ポテンであった。近年、核磁気共鳴（nuclear magnetic

シャルの理論計算モデルの妥当性を実験的に検

resonance；NMR）法の新規実験方法論の開発に証することを可能とし

［1］

［1〜5］

、生体高分子の会合や

図 1 NMR による静電ポテンシャルの直接測定。
（A）生体分子周囲の静電ポテンシャルを分析するための従来のアプローチ（緑）と新しいアプローチ（オレンジ）。
（B）ポアソン ‑ ボルツマン方程式から計算され（C）ユビキチンの主鎖 1HN 核について測定たユビキチンおよび 15 塩基対 DNA 周囲の静電ポテンシャル。
［1］されたφENS 電位。実験値（オレンジ）および式 2 からの理論値（緑）との比較を示す。参考文献 からの引
1用。
（D）φENS 電位の物理的意味。各φENS 電位は、観測される H 核の ENS ゾーン（茶色）内の平均静電ポ
テンシャルを表す。ユビキチンと 15 塩基対 DNA に関する例をいくつか示す。
受領日：2023 年 8 月 1 日

受理日：2023 年 8 月 7 日

編集委員：池上 貴久

87

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

液 液相分離など、さまざまな分子過程の静電的ることで不均一に分布する。そして溶液中での溶。い

質分子の拡散過程を考えた場合、生体高分子周囲

わゆる天然変性タンパク質（intrinsically-disordered

空間における電荷を帯びた溶質分子の存在確率分

protein；IDP）など、構造的に柔軟な生体分子への布は、局所的な静電ポテンシャルに依存する。し［5〜9］。表 1 にφENS 法の応用たがって、分子表面における電荷を帯びた溶質分

例および関連文献をまとめる。この総説ではφENS子の分布を定量することができれば、これを利法の原理および応用を簡単に紹介したい。

用して生体高分子表面周辺の静電ポテンシャル側面を研究するために応用することができる

応用は特に有用であるを得ることが原理的に可能である。我々の手法

2. NMR による静電ポテンシャル測定の原理

は、溶液中において拡散する常磁性共溶質から生体高分子周辺の空間内で電荷を帯びた低分生じる常磁性緩和促進（paramagnetic relaxation

子およびイオンは、静電相互作用の影響を受け

enhancement；PRE）（ 生体高分子の NMR 分光学
では一般的に溶媒 PRE と呼ばれる）を利用するこ

応用
・静電ポテンシャル理論モデルの検証
・分子間相互作用の静電気的側面
・生体高分子静電相互作用へのイオンの影響・相分離における静電相互作用の役割
・変性タンパク質の静電的性質
・核酸の静電ポテンシャル
・構造アンサンブルの評価

参考文献

1ｰ5
1、7、8
1、4、8
7、8
5ｰ9
3
1、5

に測定することを可能とする。 H 横磁化の溶媒
1

PRE 速度（Γ2）は、常磁性共溶質を含むサンプルと含まない対照サンプルを使用して、 H 横緩和
1

速度の差分から比較的容易に測定することができる。φENS 法では、溶媒 PRE が分子表面周辺の静電ポテンシャルおよび常磁性共溶質の電荷に依存することを利用し、異なる電荷を持つ 2 つの類似
した常磁性共溶質から生じる溶媒 PRE を比較することで、φENS 電位を決定する。φENS 電位は次［1］のように定義される。
［1］

この式において、Γ2, a およびΓ2, b は同じ濃度での常磁性共溶質 a および b から生じる溶媒 PREの速度、z はそれらの電荷の価数を表し、e は素
電荷、k B はボルツマン定数、T は温度である。溶媒 PRE 速度は、観測される Ｈ原子核近傍の実効1

表面周辺空間（effective near–surface zone：ENSゾーン）に一時的に滞在する常磁性共溶質に支配されることから、算出されるφENS 電位は ENS［1］

ゾーン内の平均静電ポテンシャルに相当する（図 1D）。詳細は文献［1］を参照してほしい。

φENS 法 で 用 い ら れ る 常 磁 性 共 溶 質 の 例 を 図

2 に示す。これらはアミノメチル基、カルボキ
シ 基、 あ る い は カ ル バ モ イ ル 基 で 修 飾 さ れ た

2,2,5,5–tetramethylpyrrolidine–N–oxyl nitroxide（PROXYL）誘導体で、中性 pH において価数 z が
図 2 φENS 法に用いられる常磁性共溶質の例。 φENS法では、異なる電荷を持ち、同じ化学骨格をもつ常磁性共溶質の空間分布の違いが静電ポテンシャルにより規定されることを利用する。これらの化合物に共通の PROXYL 基における疎水性相互作用は、静電［1, 4］。
ポテンシャル測定に影響を及ぼさない異なる（それぞれ z ＝＋ 1、−1、および 0）。多くの場合、正と負に帯電した常磁性プローブの組み［9］合わせが、最も正確なφENS 電位を与える 。しかしながら、例えば核酸のように強く帯電した生体高分子の場合、同符号で帯電した常磁性共溶質

13巻とで、分子表面周辺の静電ポテンシャルを実験的

表 1 φENS 法の応用例

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

［1, 5〜9］BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2から生じる溶媒 PRE が静電的反発のため十分なされた。これは、ポアソン ボルツマン方程式に大きさで観測されず、正確なφENS 電位の測定がおいて考慮されていない、高イオン強度における困難となる場合がある。このような場合には、中イオン相関効果などを反映していると考察してい性の常磁性共溶質（z ＝ 0）を含む組み合わせを使る。この点において、φENS 法は静電ポテンシャ

用することで、正確なφENS を算出することが可ルの理論計算の妥当性を評価するうえでも有用で［3、5、6］

能である。PROXYL は、タンパク質の疎水あると考えられる。

［10〜12］、式［2］は常磁性共溶質分子内の電荷と不対電子

これらの非静電相互作用もまた溶媒 PRE に寄与が、生体高分子周辺で同じ空間分布を示すと仮定

しうる。しかしながら、各 PROXYL 誘導体間をしている。しかしながら、PROXYL 誘導体の荷電比較した場合、その構造類似性のために非静電部分と不対電子は分子の反対側に位置するため、相互作用の寄与は同じであると近似することがでこの仮定は必ずしも有効ではない可能性がある。

き、これらの寄与はΓ2 の比（Γ2 , a /Γ2 , b）を算出

特に、生体高分子表面の電荷分布によっては、観性表面と相互作用することが知られており［1、4］。したがって式［1］測 H 原子核に対する各常磁性共溶質分子の相対は、非静電相互作用からは影響を受けることな配向が等価とはならないことが予想される。これ

く、正確な静電ポテンシャルの大きさを反映する

らの常磁性共溶質の分子構造と配向相関は、式［2］ことが特筆すべき点である。

では考慮されていない。Chen らは、常磁性共溶

することにより相殺される

1質の原子モデル、および溶媒を含む全原子分子動3. 3次元構造から予測されるφENS電位と力学（molecular dynamics；MD）計算のトラジェ

静電ポテンシャル理論計算値の評価

クトリに基づき、相対配向を考慮したデータ処理

NMR を用いて実験的に算出されたφENS 電位を行うことによって、φENS 電位の実験データを［4］

は、生体高分子の 3 次元構造から予測できるたより正確に予測できることを示した。ただ、現め、静電ポテンシャルの理論計算値と直接的な比

時点ではこの計算法は非常に時間がかかり、今後。φENS 電較を行うことが可能である（図 1B, C）の改善が期待される。

位を予測する方法の一例として、生体高分子の原
子座標、および周囲の 3 次元空間内の各格子点における静電ポテンシャルの分布を用いた、以下の［1、2］

計算式が挙げられる。

4. 天然変性タンパク質および相分離への応用
φENS 法は 3 次元構造情報を必要としないため、特定の立体構造を形成しない IDP の静電的性質の解析に特に有用である。なかでも近年、IDP 同［2］

士が会合することで生じる LLPS が、細胞内の物
質輸送や酵素反応の制御など、多様な生理機能を

ここで、φi はポアソン ボルツマン（PB）方程式

担うことが明らかとされつつあり、LLPS の分子の解から得られる分子周辺の 3 次元空間内の格子実体である IDP 同士の相互作用機構、そのなか

点 i における静電ポテンシャル、r i は観測する H

で静電相互作用が果たす役割は大きな注目を集

原子核から格子点 i までの距離、ρi は格子点 i がめている

アクセス可能であるかどうかを表し、1（アクセス

CAPRIN1 タンパク質の天然変性領域（intrinsically可能）または 0（アクセス不可）のいずれかの値をとdisordered region；IDR）に、φENS 解析を応用した

る係数である。ユビキチンを例とした場合、式［2］）と、実験を用いて予測されたφENS 電位（例を紹介する

おいて＋ 13 と高度に正に荷電した配列であることで得られたφENS 電位とは、2 乗平均平方根偏差を特徴とし、ATP や高濃度の塩存在下で LLPS を（root-mean-square deviation；rmsd）として 5 mV

生じ、CAPRIN1 が高濃度に集積した凝集相を形

1

総説論文
解説
88

［1］

程度の一致を示していることが確認された［13］。ここでは、RNA 代謝の制御を担う（図 3）。CAPRIN1 は生理的 pH に

［7、8］

。図

成することが明らかとなっていた。そこで、ATP1C の実験はイオン強度 30 mM の条件で行ったも依 存 的 な CAPRIN1 の LLPS 過 程 と、CAPRIN1 ののであるが、同様の実験をより高いイオン強度の

静電ポテンシャルがどのように関連しているのか

条件（130 mM）で行い、理論からの予測値とを、φENS 解析を活用することで明らかにするこ

比較すると、興味深いことに理論値は実験値よりとを目指した。ATP 非存在下で、LLPS が生じてもイオン強度の影響を大きく見積もる傾向が観測いない条件下においては、アルギニン残基を多BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

後もφENS 法を活用することで、液 – 液相分離の静り、静電反発によって分子会合が抑制された状態

電気的側面について、より深い洞察が得られるこ）。ここににあることが分かった（図 3A, 3C［Ⅰ］とが期待される。

ATP を添加すると、正に荷電した領域のφENS 電

Okuno らは、フォールドした天然状態、および変位 は ATP 濃 度、 お よ び ATP/CAPRIN1 モ ル 比 が性状態との平衡にある drkN SH3 ドメインにφENS 法

増大するにしたがって減少していくことが示されを適用した 。drkN SH3 ドメインのφENS 電位の分た（図 3A, 3C［Ⅱ］）。これは、負に帯電した ATP

布を両状態で比較したところ、変性状態は天然状がアルギニン残基と結合することで正電荷を中態に比べて、残基間のφENS 電位の分布がより狭い

和し、非静電相互作用を介した分子間相互作用をことが分かった。これは、変性状態の drkN SH3

［7］

［5］

ドメインがさまざまな構造をとることにより、見CAPRIN1 凝集相を NMR により直接観測すること

かけ上の電荷分布が平均化したことを反映していで得られたφENS 電位は、ほぼ分子全体にわたっると考えられる。筆者らは、タンパク質の変性状て中性の値を示しており、凝集相内では分子間態を対象としたレプリカ交換 MD 計算に基づきの静電反発が高度に抑制されていることが分かっ

φENS 電位を予測し、実験的に測定されたφENS 電

た（図 3B, 3C［Ⅲ］）。興味深いことに、ATP 濃度

位と予測値がよく一致したことをもとに、これが 90 mM の条件では表面電荷が反転してφENS 電を立証した。この結果は、変性状態における MD

位が負の値をとり、結果として凝集相の溶解が生計算の妥当性を支持するとともに、他の NMR 実

じていることが示された（図 3A、3C［Ⅳ］）。こ験データ（化学シフト、residual dipolar coupling

れらの結果は、IDP が担う相分離の分子機構を理［RDC］など）と同様に、φENS 電位データも IDP/

解するうえで、φENS 法から得られる静電ポテン

IDR の構造アンサンブルの実験的検証に利用可能

シャルの定量的な比較が、非常に有効であるこであることを示唆する。

とを実証するものである。CAPRIN1 以外にも、

LLPS において静電相互作用が重要な役割を果た

5. 静電ポテンシャルに関する他の手法との比較す例が数多く知られている。例えば、細胞核内でおよび利点

は多くの転写調節因子が相分離を介して共凝集す

我 々が NMR で 静 電 ポ テンシャルを 直 接 測 定るが、その過程の選択性はタンパク質配列中に局する以前から、電子−電子二重共鳴（electron–［14］

在する電荷パターンによって支配される。今

electron double resonance［ELDOR］）法、蛍光分

図 3 ATP により誘起される LLPS 過程における CAPRIN1 分子表面周辺の φENS 電位の変化［7］。
（A）LLPS を生じていない CAPRIN1 混合状態のφENS 電位のプロット。ATP 濃度、および ATP/CAPRIN1 モル比の上昇に伴い、
CAPRIN1 周囲のφENS 電位は徐々に減少する。ATP 濃度をさらに 90 mM まで増加させると、φENS 電位が負に転じて、凝集相の溶解が生じた。
（B）3 mM ATP 存在下で形成した CAPRIN1 凝集相のφENS 電位のプロット。分子全体にわたりほぼ 0 mV の中性の値を示す。凝集相内では、各 CAPRIN1 分子に約 5 個の ATP 分子が結合していると考えられる。
（C）ATP 依存的な LLPS の各過程における、CAPRIN1 静電ポテンシャルの変化および分子間［7］相互作用の変化の模式図。参考文献 からの引用。

13

巻

。また、

相対的に促進していることを示唆する

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

く含む領域周囲で正のφENS 電位が観測されてお89

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

光法、システイン修飾反応速度論が、静電ポテン［15〜17］。しかし、こシャルの推定に使用されてきたてきた。部位特異的な 13C 標識を利用した 12C–13C
差スペクトルの解析も、特定部位の VSE 解析に［20］

れらの方法では、各サンプルから 1 つの静電ポテン

有用である。またアルデヒド基の場合、C ＝ O

シャル値しか得られないため、様々な部位で静電結合と C–D 結合を 2 つの振動プローブとして同時

ポテンシャルを測定するには複数のサンプルを準に使用することにより、外部電場の配向を解析す備する必要がある。それとは対照的に、φENS 法でることができるは多数の部位での静電ポテンシャルを同時に測定ら得られた電場と、野生型および変異型酵素の酵することができる。例えば、76 残基のタンパク質

素反応速度を比較することで、静電場が直接的にであるユビキチンの場合、2 種類の常磁性共溶質を酵素触媒過程を促進することを実証した。

［21］。Boxer らは、VSE 分光法かそれぞれ含むサンプルと、含まない対照サンプルを

VSE 分光法から得られる情報は、φENS 法から得準備することで、150 以上の異なる部位でのφENS をられる情報とは本質的に異なる。VSE 分光法では、。また、φENS 法はIR で観測対象となる共有結合に影響を与える外部

生体分子の化学修飾を必要としないことから、修電場を測定する一方、φENS 法では NMR で観測対飾の影響を考慮せず広範な溶液条件に適用するこ象となる H 原子核に近い局所的な外部空間の平均とが容易である。さらに上述したように、φENS 電
位は 3 次元構造情報に基づいた理論計算値との直静電ポテンシャルを測定する。電場 F は、静電ポテ））に­
ンシャルφの勾配（gradient（

接的な比較が容易であることもまた、他の手法と1 を掛けたものである。価数がz の電荷の場合、電一線を画する利点として挙げられる。

気力はze F であり、静電エネルギーはzeφである。

［1、2］

算出することが可能である

1

極低温電子顕微鏡（クライオ EM）は、原理的つまり VSE 法は電気力に関連する情報を与えるのには、原子散乱因子に関連する静電ポテンシャルに対し、φENS 法は静電エネルギーに関連する情報［18］。しかし、クライオ EMを与える。したがって、これら 2 つの手法は生体高静電ポテンシャルマップからは、生体分子表面周

分子の静電的性質に関して相補的な情報を与えると辺の外部空間の静電ポテンシャルについて、定量いえる。

を直接的に提供する的な情報を得ることはできない。また、放射線損
傷の影響が排除できないため、クライオ EM 静電
ポテンシャルマップを定量的に解析することが実［18］

7. 今後の課題
NMR を利用した静電ポテンシャルの直接測定。これとは対照的に、NMRに関して、今後の課題として改善すべき点がいを利用したφENS 法では、生理的条件下における

くつか挙げられる。そのひとつは、図 2 に示した

生体分子表面周辺の外部空間の静電ポテンシャ

PROXYL 誘導体が生化学・生物物理実験で汎用さルの値を、定量的に算出することが可能である

れる dithiothreitol（DTT）などの還元剤を含む条。したがって、現在のところ、溶液（図 1 を参照）

件下では使用できないことである。これは、還元

NMR を利用したφENS 法が、静電ポテンシャルを剤が PROXYL と反応し、常磁性緩和測定に必要

定量的に測定するうえで、最も強力な実験法であな PROXYL 中の不対電子を電子対に変換し無効るといえる。

化することに起因する。また上述したように、図際には困難である

2 に示された各化合物は異なる電気双極子を持つ

6. 振動分光法との比較ため、生体高分子周辺の電場に対して異なる分

振動 Stark 効果（vibrational Stark effect；VSE）

子配向を示し、不対電子と H 核間の距離の確率

分光法は、共有結合の振動遷移データから外部電分布、ひいてはφENS 電位の値に影響することも［19］

場を測定するため用いられる。この手法を適

［4］

問題である

。これらの課題を解決することで、

総説論文
解説

用するには、他のシグナルとは波数の異なる赤NMR による静電ポテンシャルの直接測定は、よ外（IR）シグナルを示す共有結合を観測することり幅広い系に適用可能になり、得られるφENS 電が望ましい。したがって、天然タンパク質には存

位の正確性も向上すると考えられる。その目的の在しないニトリル C ≡ N 結合やアルデヒド / ケト

ために、新たな常磁性共溶質を利用したφENS 法

ン C ＝ O 結合を、化学修飾、アンバー終止コドンを現在開発中である。

を利用した非天然アミノ酸導入、またはリガンド結合により導入することで、VSE 解析に用いられ
90

1

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

8. まとめの部位での静電ポテンシャルを NMR 実験で直接測定することが可能になった。我々がφENS 法と呼ぶこの手法は、3 次元構造情報を必要としないため、特に IDP/IDR が関与する分子間または分子内の静電相互作用の寄与を定量的に理解する
うえで有用である。一般的に静電相互作用は、タンパク質の構造安定性や、タンパク質間相互作
用、リガンド相互作用などの熱力学的および速度論的特性に影響を与えることが知られていることから、φENS 法はこれらのような静電相互作用のくものである。また、φENS 法は静電ポテンシャ
ルの理論計算の妥当性を検討するうえでも、重要な知見を与える。今後も、溶液 NMR を利用した
静電ポテンシャル測定法は、タンパク質の翻訳後修飾、液 – 液相分離、核酸や薬物との相互作用など、生命科学でその重要性が明らかとされている様々な現象への応用が広がることが期待される。

謝辞
本稿で紹介した研究に際し、米国 National Insti-

tutes of Health（Grant R35–GM130326 ：岩原）、
Welch Foundation（Grant H–2104–20220331：岩原）、 日 本 学 術 振 興 会 海 外 特 別 研 究 員 制 度（ 外山）
、上原記念生命科学財団海外留学助成（外山）から支援を受けました。CAPRIN1 の研究は筆者（外山）がトロント大学 Lewis E. Kay グループに在籍時に実施したものです。研究を共に遂行した Drs. Lewis E. Kay, Julie D. Forman-Kay, Atul K.

Rangadurai に感謝申し上げます。また、Binhan
Yu, Montgomery Pettitt の各氏から数多くの協力を得ました。感謝申し上げます。
引用文献［1］ Yu B, Pletka CC, Pettitt BM, Iwahara J (2021) De
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13

巻

役割について、より定量的な解析への道を切り開

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

最近の方法論の進歩により、生体高分子の多数

Comparing Experiment and Theory. J Phys Chem
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91

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

［21］Zheng C, Mao Y, Kozuch J, Atsango AO, Ji Z,
Markland TE, Boxer SG (2022) A two-directional
vibrational probe reveals different electric fieldorientations in solution and an enzyme active site.
Nat Chem 14:891 897.

岩原 淳二（いわはら・じゅんじ）

総説論文
解説
92

1993 年

東京大学薬学部製薬化学科 卒業

1998 年

東京大学大学院理学系研究科生物化学専攻 博士課程修了

1998 年〜 2002 年

University of California Los Angeles 博士研究員

2002 年〜 2007 年

米国 National Institutes of Health 研究員

2007 年〜 2012 年

University of Texas Medical Branch, Assistant Professor

2012 年〜 2017 年

University of Texas Medical Branch, Associate Professor

2017 年〜

University of Texas Medical Branch, Professor

外山 侑樹（とやま・ゆうき）

2015 年

東京大学大学院薬学系研究科薬科学専攻
博士後期課程修了（博士・薬科学）2015 年〜 2018 年

一般社団法人バイオ産業情報化コンソーシアム 特別研究職員

2018 年〜 2019 年

東京大学薬学系研究科 特任研究員

2019 年〜 2022 年

トロント大学 博士研究員

2022 年〜

理化学研究所 生命機能科学研究センター 研究員

93

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

総説論文：解説

横浜市立大学 生命医科学研究科

寺山 慧
terayama@yokohama-cu.ac.jp

1. はじめに

2. ChemTS による分子生成の仕組み
ChemTS による分子生成手法の基本的な仕組み

法が注目を集めており、分子材料設計・創薬などを簡単に紹介する。ChemTS は、SMILES 記法にの分野での応用が期待されている。深層ニューラ

より分子を文字列として表現することで、「望ま

［1、2］

や文字列

ルネットワークを用いた生成モデル
［3、4］

［5］

、拡散モデル

しい分子の生成問題」を「適切な文字列の生成問による題」として扱う。SMILES 文字列を学習・生成す

生成手法などが提案され、ベイズ最適化や強化学12るために、RNN を用いて n 文字（より正確には処理に特化した手法［6］

習を組み合わせた方法も特定の性質を持つ分SMILES の原子種）目までの文字列情報から n+1［3］子を探索する手段として活用されている。最近で文字目を予測するモデル

は、深層学習を用いずに、進化的アルゴリズムな学習は特定の分子データセットに対し行われ、そ［7、8］を構築する。RNN のも再評価されのデータセットに含まれる分子に類似した分子をつつある。これらの分子生成手法は機械学習・深生成できるように訓練が行われる。望ましい特性

層学習の進展とともに高度化が進み、非現実的なを持った分子を生成するために、図 1 に示すよう分子の生成を回避しつつ、より現実的な分子の生に、訓練した RNN を用いて MCTS に基づく探索

どの最適化手法を導入する手法［9］。

成が可能になってきているを行う。SMILES の文字（原子種）をノードとし

著者らはこれまで、強化学習を用いた分子生成
［10］

［11］

およびその改良版 ChemTSv2

手法 ChemTSて扱い、RNN への入力の文字を親ノード、予測された文字を子ノードとすることで探索木を構築［13］（以下本稿では一部を除き ChemTS で統一する）

していく。探索は、（a）UCB スコア

を提案し、現実的な分子生成・最適化を目指してて有望な子ノードを再帰的に選択し、次に伸ばす

様々な手法開発・工夫を行なってきた。ChemTS

葉ノードを選び、（b）RNN を用いて次の文字を

［12］

に基づい

は、Recurrent Neural Network（RNN） と呼ば複数予測し子ノードとして追加、（c）RNN を用いれるある種の生成モデルと、囲碁 AI AlphaGo でて分子を補完して完成させ、評価関数に従って分

［13］

と呼ば

子を評価、（d）評価値の情報を探索木に伝搬、とれる強化学習のアルゴリズムを組み合わせるこという 4 つの手順を繰り返すことで実施される。特により、目標とする物性・特性を満たす分子を生に（c）の手順に関して、探索木は分子の断片情報成する手法である。これまでに ChemTS を用いを保持しており、多くの場合断片では分子の良し

有名になった Monte Carlo tree search［14、15］

［16］

［17］

、

悪しの評価が難しいため、ある程度の分子の大き等の設計を試みており、そのう

さになるまで（設定した終端記号（ex. ¥n）が出る

、蛍光分子

て、色素

、エレクトレット［18、19］

薬候補分子まで）RNN による補完を行う。MCTS の全体像とちの一部の合成・検証に成功している。
本稿では、ChemTS の基本的な枠組みを解説

しては、評価関数によって有望だと判断された方し、ChemTS による分子設計と合成例について紹に枝を伸ばして積極的に深く探索を試み、望みが介する。特に、未知分子の NMR スペクトルを探薄い枝はあまり深く探索せずに、効率的な探索を索目標に置くことで、分子の同定に ChemTS を実現している。なお、探索の初期構造は設定可能

利用することができる。この手法（NMR-TS ）にであり、全くのゼロから、あるいは分子構造と伸ついても紹介する。

長させる部位を指定することで分子の途中から生20成が可能である。探索の仕方も調整可能であり、（a）の UCB スコア中の探索パラメータ C を大きく
受領日：2023 年 12 月 3 日

受理日：2024 年 2 月 4 日

編集委員：橋本 康博

13巻

近年、深層学習を活用した分子生成・最適化手

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

分子生成 AI による分子設計と分子同定の試み

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

することで、生成分子の多様性を重視した広く浅により図 2 中に示すような様々な物性を自動的にい探索が実施される。一方で、C を小さくするこ計算可能である。QCforever は、整理された物性とで有望な分子を狭く深く探索する。アルゴリズ

値データのみを返すため、ChemTS のような分子［10］ムの詳細については ChemTS［11］、ChemTSv2を参照されたい。

生成手法との連携に適した実装になっている。ただし、量子化学計算に限らず分子評価のための計

ChemTS を用いた分子設計において最も重要

算時間が長すぎると ChemTS による探索が十分なのは、（c）評価関数のパートである。生成したに進まない。そのため、推定精度と計算コストの分子が目的の特性を持っているか否かを正確に推バランスを取る必要がある。また、現実的な分子定できれば、MCTS のアルゴリズムに従って、望の設計を試みる際には、複数の項目を同時に考慮

む分子に漸近していくことができる。この評価

すべき状況（多目的最適化）も多いと思われる。

については、ルールベースの判定、教師あり学習

以下では、具体的な複数項目の考慮の例についてに基づく予測モデル、量子化学・分子動力学シも合わせて説明する。なお、最新版の ChemTSv2

ミュレーションによる特性推定など様々な方法がでは後述の Dscore［22］をはじめとした多目的最適利用可能である。特に著者らは量子化学シミュ

化用の関数を各自が簡単に用意できるようになっレーションに基づいて分子評価を行うために、

ている

［11］

。

ChemTS で生成された分子（SMILES 文字列）のみから様々な物性を全自動で計算するシステム［21］

3. ChemTS による分子設計例を開発している。QCforever は、内ChemTS の応用例として、色素、蛍光分子、薬部で Gaussian あるいは GAMESS を呼び出すこと

候補分子の設計について紹介する。まず、Sumita

QCforever図 1 モンテカルロ木探索（MCTS）に基づく分子生成手法 ChemTS の模式図。
（a）−（d）を多数繰り返すことで、望みの特性を持つ方向に探索木を成長させつつ、分子を探索する。

総説論文
解説
図 2 QCforever による量子化学計算に基づく分子の特性計算の全体像（a）。SDF 形式や SMILES 記法による分子を入力として、様々な物性を統一的かつまとめて計算可能。（b）光物性の計算の模式図。（c）QCforever で算出可能な特性のリスト。
94

95

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2ている。合成可能な分子を生成するために、合（色素）を目標に、比較的小さな分子の生成が実成容易性を測る手法 Synthetic Accessibility score

［23］

の分

［25］
（SAscore）
が一定値を超えないように評価関子データを利用した。評価関数としては、Time-数が設定されている。また、DFT 計算（B3LYP/3-

Dependent Density Functional Theory（TD-DFT）

21G*）に基づく蛍光の評価は計算コストが高いた

計算による吸収波長の計算値を用いて、目標の波

め、ChemTS の探索の並列化が行われている。計長に近ければ値の大きくなる評価関数が用いられ

1,024 コアの CPU を用いた 5 日間程度の計算によ施された。RNN の学習には PubChemQC［24］ている。TD-DFT の計算には Gaussian 16を用いており、計算レベルは B3LYP/3-21G* である。

り新規蛍光分子を設計し（図 3（b））、実際に合成した結果蛍光分子であることが確認された。
さらに、創薬研究への応用例として、ドッキングシ

子が小さいこともあり、他の制約がなくとも目標

ミュレーションを用いた分子設計（SBMolGen） や値に近い分子が生成でき、図 3（a）に示すように選択的阻害剤の設計

実際に購入・合成された分子が目標値と近い吸収Gen では、創薬ターゲットとなるタンパク質のポ波長を持つことが確認された。

ケットに対し強く結合すると期待される分子を、ドッ

また、蛍光を発する新規分子の生成・合成も試［16］

みられている。ここでは、ZINC データベース

［18］

［19］

も試みられている。SBMol-［26］

キングシミュレーション手法 rDockと ChemTSを組み合わせることで探索する。SBMolGen で［27］

中の水素・炭素・窒素・酸素のみで構成される分は、ZINC データセット

中の約 25 万個の分子

子データセットを RNN で学習させ、DFT 計算にを学習した RNN が用いられており、生成されたよる光の吸収・蛍光波長および強度を基にスコ分子は rDock を用いてドッキングしたのち結合ア関数を定義し、蛍光を持つ分子の生成を行っ親和性スコアを計算している。スコアを向上させ

図 3 ChemTS による分子の設計例。
（a）ChemTS で探索された 500 nm 付近で光を吸収（第一励起）する分子。
［14］より改変して引用。
（b）ChemTS で設計された新規蛍光分子と紫外線下で蛍光を示す様子。文献［16］よ文献
り改変して引用。
（c）SBMolGen による cyclin-dependent kinase 2（CDK2）タンパク質に対する分子生成の［18］より改変して引様子。時間が経つにつれて docking スコアの向上（小さいほど強い結合）が見られる。文献用。（d）選択的阻害剤の設計を行なった例。Dscore はすべての要素を加味したスコア、標的分子は epidermal
growth factor receptor（EGFR）である（数値は pIC50 の予測値）。ΔBA は他のタンパク質との活性予測値の差であり、対数で 2 つまり 100 倍程度の差が出ていることを示している。Sol は溶解度、Perm は膜透過性、Stabは代謝安定性、Tox は経口毒性、SA は SA score、QED は薬らしさの指標。文献［19］より引用。

13

巻

これらの条件で分子生成を試みたところ、生成分

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

et al.［14］では、特定の光の吸収波長を持つ分子

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

るように分子を探索することで、強い結合能をも4. NMR-TS: 分子生成モデルによる分子同定

つ分子を生成できると期待される。評価関数は、の試み

rDock の結合親和性に加えて、創薬でよく用い

NMR スペクトルによる分子の同定は、最も基られる薬らしさの指標である rule of five、および

本的かつ有用な NMR の活用法である。現状でSAscore を考慮して設計されている。生成実験のは、分子の同定には専門家の知識と判断が欠かせ

結果は、図 3（c）に示すようにドッキングスコア

ないが、機械学習・AI を活用して自動的に分子が順調に向上（低い方が結合親和性が高いことをの同定が可能になれば省力化・客観性の担保につ示す）し、SBMolGen により活性が期待できる分

ながると期待される。そこで、ChemTS の枠組み

子の設計が可能であることを示された。

を用いて自動的に分子の同定を行う手法 NMR-TS

選択的阻害剤を設計するためには、標的タンパの開発と検証を行った。

ク質への活性のみが高く、他のタンパク質に対す

NMR-TS の枠組みを説明する。図 4 に NMR-TS

る活性を抑える必要がある。そのため Yoshizawaの全体像を示す。まず、NMR-TS は与えられた未［19］では、9 種類の類似度の高いタンパク質

知の分子の H スペクトルの情報に対し、全く同を用意し、一つだけ活性が高くなるような分子のじ H スペクトルを持つ分子を生成することで分設計が可能か検証した。活性評価については機子の同定を試みる。なお、この研究で用いられる

械学習による予測モデルを利用している。また同スペクトルはすべて DFT 計算に基づく計算値で時に、創薬上重要な毒性や合成可能性等の特性もある。NMR-TS は、生成した分子に対して DFT

機械学習を用いて評価し、全部で 18 項目の同時計算に基づきスペクトルを計算し、未知分子のス

最適化を試みた。目的関数としては、全ての項目

ペクトルとの類似度を算出する。ここで、NMRを一定程度満たすように、各項目の重み付き積のシグナルは分裂したり、多少のノイズが乗るこet al.

［22］

1

1を設定した。その結果、ターゲットタとが想定されるため、ロバストな類似度評価がンパク質の活性予測値のみを向上させ、創薬上重求められる。そこで本研究では、スペクトルの要な特性も許容可能な範囲に収まる分子の設計に分布を「山」と見立て、「山の土」を移動させて別）。ただし、活性やその他の特成功した（図 3（d）の「山」に一致させるための最短コストを計算す性についてはあくまで機械学習による予測値である Wasserstein distance （最適輸送距離とも呼り、実験による検証が望まれる。

ばれる）を導入した。この距離指標を用いること

Dscore

［28］

総説論文
解説
96

図 4 NMR-TS による未知分子の同定の全体像。未知分子の 1H スペクトルを入力とし、スペ［20］の図 1 を改変
クトルの類似した分子の生成を行うことで分子の同定を試みる。Zhang et al.
して引用。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2の解析から得られることを想定し、ペナルティ項

きると期待される。しかし実際には Wassersteinで考慮した。WS は 0 から 1 の値を取り、1 に近いdistance のみでは十分に類似した分子の生成は難ほど類似していることを示す。NMR-TS では WSしかったため、さらに炭素と水素の数を考慮したが 1 に近くなるように分子の生成を行うことで分以下の Wasserstein Score（WS）を定義した。

子の同定を試みる。
手法の有効性を確認するために、水素・炭素・窒素・酸素元素のみからなる比較的小さな 9 つの（1）分子の同定が可能か検証した。RNN モデルの学
習には、PubChemQC データベースから入手した（2）

9,766 個の分子を用いている。図 5 に 9 つのテスト用分子に対して同定を試みた結果を示す。ここでは、初期構造は与えずに探索を実施した。探索のWD は Wasserstein distance を 表 す。C（M）と H

条件によって結果は異なるが、最も良い条件では（M）は分子 M のもつ炭素と水素原子の数をそれ9 個中 6 つの分子の同定に成功した。

ぞれ示しており、個数のズレを表すペナルティ項

ここまでの説明で明らかなように、NMR-TS に（Penalty）の強度を調整するためにパラメータαは様々な限界がある。まずスペクトル情報はすべが用意されている。本研究ではα＝ 0.5 に固定して計算値であり、実際に実験データで利用するたた。なお、炭素と水素原子の数は質量分析など他

めには実測値とすり合わせる必要がある。実測値

図 5 NMR-TS による検証例。左列に未知と設定した分子、真ん中の列に学習データ
セット（未知と設定した分子は含まない）、右列に NMR-TS で生成された最も WS が高
［20］
の図 4
い分子を示す。四角で囲った分子は分子の同定に成功している。Zhang et al.
を改変して引用。

13

巻

ここで、Mg と Mt は未知分子と生成した分子、

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

で多少のノイズやブロードニングの違いを吸収で97

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

であっても、Wasserstein distance による類似度
評価自体は有効であると期待されるが、検証は必要である。また、この研究でテストした分子でも同定に失敗することはあり、窒素や酸素等他の元
素の数の情報やペナルティ項内の重み付けの調整など手法の改善が求められる。ここでは H スペ
1

クトルのみで探索を実施しているが、他のスペク
トル情報を取り込むことで探索精度を向上させられる可能性もある。さらに、量子化学計算のコストも無視できない。このように様々な課題はある
ものの、分子生成手法による分子同定という方法論自体は検証できたと考えられる。

5. 終わりに
分子生成モデルを用いて分子の同定を試みるアプローチは NMR-TS 以降にも報告されている。例
えば、NMR-TS では量子化学計算に基づくスペクトルの計算で生成した分子の類似度を判断し［29］
ではグラフニューていたが、Sridharan et al.

ラルネットワークを用いて NMR スペクトルの類
似度評価を行なっている。重原子が 10 個以下の分子に対して、上位 3 つの候補中に約 80% の確率
で正しい分子構造を生成できるとしている。ほかにも、スペクトルデータと分子式から分子構造を直接推定するニューラルネットワークモデル（CMGNet ）、混合物の NMR スペクトルに対し
30

［31］

分子の同定を行う深層学習ベースの手法も提案されている。今後も分子生成手法や深層学習を用いた NMR データへのアプローチは発展していくものと期待される。
最 後 に、ChemTS（ 特 に 最 新 版 の ChemTSv2）のコードについては github で公開しており、本稿で解説した分子生成・同定のための評価関数についても公開している。また QCforever も github で公開しており、ChemTS に限らず分子の物性計算に利用可能である。ご興味を持たれた方は分子設計や同定を試していただければ幸いである。

謝辞
総説論文

本稿を執筆する機会を設けて頂いた理化学研究所の菊地淳チームリーダーと、本稿で紹介した研究の共著者の皆様にこの場を借りて感謝申し上げ

解説ます。また、本原稿を査読頂いた旭化成株式会社の橋本康博様には多数の有益なコメントをいただ
きました。この場を借りて感謝申し上げます。

98

引用文献
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寺山 慧（てらやま・けい）2011 年 3 月

京都大学総合人間学部卒業

2013 年 3 月

京都大学大学院人間・環境学研究科修士課程修了

2016 年 3 月

京都大学大学院人間・環境学研究科にて博士（人間・環境学）取得

2016 年 4 月

東京大学大学院新領域創成科学研究科特任研究員

2018 年 4 月

理化学研究所革新知能統合研究センター特別研究員および京都大学大学院
医学研究科特定助教

2020 年 4 月

横浜市立大学 大学院生命医科学研究科 准教授

13巻

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日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

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BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

総説論文：解説

光励起三重項を用いた生体分子の核スピン高偏極化
九州大学大学院工学研究院

濵地 智之、楊井 伸浩
yanai@mail.cstm.kyushu-u.ac.jp

1. はじめに倍 率（1H ス ピ ン 偏 極 率 〜32％）を 報 告 し た［11］。

動的核偏極（Dynamic Nuclear Polarization；DNP）

また、2004 年には武田らによって、ペンタセン

は電子スピンの偏極状態をマイクロ波照射によっをドープしたナフタレン単結晶を用いて 0.3 T、て核スピンへ移行し、高感度な NMR、MRI を実105 K でペンタセンの三重項偏極率 73 ％に迫る現する手法である。DNP は 1953 年に Overhauser

70 ％ の 1H ス ピ ン 偏 極 率 が 達 成 さ れ た［12,13］。 さによって金属中の伝導電子をマイクロ波で飽和

らに、立石らによりペンタセンをドープした p ­させることで核スピンを偏極することができる

ターフェニル単結晶を用いて室温、0.3 T で 34 ％［1］と理論提唱された後、Carver と Slichter ら に
［2］

［8］

の Hスピン偏極率が達成された
1

。近年では

。その後、固体高分

triplet-DNP の実用化に向けた研究が精力的に行［3］

解能測定用の MAS と組み合わせた MAS-DNP

われており、根来らは Dissolution triplet-DNP をや、偏極した固体サンプルを素早く溶解して高感開発しよって実験的に実証された［4］度な溶液 NMR を測定する Dissolution-DNPの［14,15］、高感度な溶液 NMR によってサリチル酸［16］とタンパク質の結合を観測することに成功した。

開発によりその応用範囲が拡大してきた。しかしかし、triplet-DNP によって偏極移行が可能

し、DNP では熱平衡状態の電子スピン偏極を用な対象物質の多くは、疎水的な偏極源であるペンいるため、偏極増大倍率の最大値は磁気回転比の比によって制限される（γe ⁄ γH〜660、γe ⁄ γC 〜

タセンと相溶性のよい芳香族分子に限られてい2640）。したがって、実用的に必要な核スピン偏めには、高感度 MRI に重要な水やピルビン酸と極率（数％〜数十％）を得るためには電子スピン

いった親水性生体分子の偏極を可能にすることが偏極率がほぼ 100 ％に達する高磁場・極低温条件

望まれている。当グループでは、新規な偏極源材が必要になる。

料の開発を通じて疎水的な偏極源から水や親水性る。Triplet-DNP の応用範囲をさらに拡大するた

それに対して、電子スピンとして特に光励起生体分子への偏極移行に取り組んできた。本解説

三 重 項 電 子 ス ピ ン を 用 い る DNP（triplet-DNP）

では、triplet-DNP の原理に触れながら、水やピは、非平衡状態の電子スピン偏極率を利用するた

ルビン酸の NMR 増感について当グループの研究

め、低磁場・室温で核スピン偏極状態を実現できを中心に紹介する。

［5〜9］

る

。例えば、p ­ターフェニル中にドープされたペンタセンは光励起によって最低励起一重項
状態を生成した後、スピン選択的な系間交差、内Triplet-DNP は、パルスレーザーによって最低部転換を経てスピン副準位が偏極した最低励起

励起三重項状態の電子スピン偏極を生成した後、三重項状態を生成する。この偏極率は磁場中で磁場を掃引しながらマイクロ波を照射するという［10］73％という高い値をもつ。1980 年に Deimling

総説論文

らにより、マイクロ波を用いた三重項電子スピン［5］、Integrated Solid Effect（ISE）シーケンスによって（図 1A）。静

［17,18］核スピンへと偏極が移行される

解説

1990 年に Wenckebach らによって熱平衡状態電磁場 Bo において電子スピンと核スピンはそれぞれωeo ＝−γeBo，ωI o ＝−γI Bo のラーモア歳差周子スピンを用いた場合の理論限界（660 倍）を超波数をもつ。パワー B1，周波数ωmw のマイクロから核スピンへの偏極移行が初めて報告され［6］

える 5,500 倍の増感倍率が達成された 。その後、波を照射するとき、ωmw で回転する回転座標系に2000 年に飯沼らがペンタセンをドープしたナフタ

おいて電子スピンは減衰した実行磁場（式 1）の周
［6］
りにωeff ＝−γeBeff の周波数で歳差運動する 。

レン単結晶を用いて 0.3 T、77 K で 8*10 倍の増感
4100

2. Triplet-DNP による核スピン偏極

受領日：2023 年 11 月 25 日

受理日：2023 年 12 月 29 日

編集委員：松木 陽

101

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024
巻

13

図 1 Triplet-DNP による核スピンの高偏極化。（A）Triplet-DNP のスキーム。
（B）電子スピンと核スピンの歳差周波数のマッチング。

（1）

スピンの偏極寿命は 2­3μs 以上であることが望ましい。

B1 の係数√2 は、スピン量子数 S、磁気的スピン

電子スピンから核スピンへ偏極が移行された

量子数 ms の ms → ms' 遷移におけるラビ周波数の係後、偏極状態は核スピン間にはたらく双極子相互。
数に由来する（式 2）

作用のフリップフロップ項を通じて固体全体に拡（2）散する。ISE シーケンスによる偏極移行と核スピ
ン間のスピン拡散を繰り返すことで、核スピンが適切なマイクロ波のパワーと周波数を選ぶこと偏極した固体を得ることができる。スピン拡散速で、回転座標系における電子スピンと実験室座標

度が十分に早く、ISE シーケンス間に核スピン偏系における核スピンの歳差周波数を合わせることが極が固体全体で平均化される場合、核スピン偏極。
でき、偏極を交換することができる（式 3、図 1B）の時間発展は ISE シーケンスの繰り返し周波数に（3）

よって決まる。核スピンのスピン格子緩和時間 T1が無視できない場合、ISE シーケンスを繰り返す

光励起三重項電子スピンの ESR スペクトルは

うちに核スピンの偏極蓄積と偏極緩和が平衡に達

超微細相互作用と磁場に対する異なる分子配向に1する。ISE シーケンスによる H 核スピン偏極率 P

よってブロード化するため、一度にすべての電子（t）の時間発展は次のように記述される（式 4）。

スピンパケットに対して（式 3）を満たすことができず、偏極移行効率が悪い。そこで ISE シーケン
スでは、できるだけ多くの電子スピンを偏極移行に利用するためにマイクロ波照射と同時に磁場を（4）掃引する。磁場掃引は、電子スピンが B eff に追随できるようにωeff よりも十分に遅くする必要がある（断熱条件）。したがって、光励起三重項電子

ここで、Tb はビルドアップ時定数で、ρH, ρe

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

図 2 SF によるスピン偏極五重項状態を用いた水分子の高核偏極化。
（A）NaPDBA ダ
1
イマーの SF によって生成した五重項状態のスピン偏極が水分子の H 核スピンへ移行される模式図。
（B）NaPDBA, βCD, γCD の構造式。

はそれぞれ 1H 核スピンと電子スピンの密度、R はのような SF の特徴のうち、これまでは「多重励

ISE シーケンスの繰り返し周波数、ηは偏極移行起子生成」という点が注目され、SF の応用先としに用いられる電子スピンの割合、ξは偏極移行効率である。また、T '1 は三重項電子スピンによるては光エネルギー収支の向上による太陽光発電のH 核スピンの常磁性緩和を考慮したスピン­格子のスピン相関状態」という量子状態を応用する研緩和時間で、T1, T1laser はそれぞれレーザー照射な

究は十分に探索されてこなかった。

1

高効率化が主流であった。一方で、「三重項ペア

し、ありにおける H 核スピンのスピン­格子緩和

そこで我々のグループでは、SF 過程で生じる時間である。Pe, Pth はそれぞれ電子スピンの偏極

三重項電子スピンペアのうち最大の多重度であ

1率、 H 核スピンの熱平衡状態における偏極率でる五重項状態のスピン偏極を用い、水分子中のある。Pth は十分に小さいため、微分方程式の解1。
は次のように記述される（式 5）項状態は「色素間配向」と「色素ペアと磁場間の1］
H 核スピンの DNP に成功した［20（図2A）。五重0 状態に 100 ％偏極配向」を制御することで （TT）
5

（5）

［21］

した状態を形成でき、ペンタセンモノマーの三重項電子スピン偏極率（74 ％）を上回るため、
よって、最終偏極率は

DNP 効率の改善が期待される。また、五重項状（6）0 →（TT）± 1 遷移のラビ周波数は三重項
態の（TT）
状態の T0 → T ± 1 遷移よりも √3 倍高いため、より55で表され、高い核スピン偏極率を達成するために弱いマイクロ波パワーで核スピン偏極を実現する

は長い T1 を有するマトリックスを用いることが［22］
ことができる （式 2）。

SF を起こすためには 2 分子以上の分子集合が望ましい。

必要であるが、分子がマクロスコピックに凝集
総説論文

3. Singlet Fission によって生じる偏極電子

解説

スピンを用いた水分子の偏極ない。そこで本研究では水溶性ペンタセン誘導

Singlet Fission（SF）は 分 子 性 材 料 に お い て 1

体 sodium 4,4′-（pentacene-6,13-diyl）dibenzoate

つの一重項励起子から 2 つの三重項励起子を生成（NaPDBA）（図 2B）を用い、水−グリセロール混［19］。また、SF の過程

合溶媒中におけるシクロデキストリンとの超分で形成される 2 つの三重項励起子ペアは（TT）、子相互作用により、NaPDBA の集合状態を系統（TT）、（TT）というスピン相関状態をとる。こ的に制御した。超高速ポンププローブ過渡吸収する光変換プロセスである

1

3

102

すると電子偏極を水分子へと移行することができ

5

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2103

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024
巻

13

図 3 水−グリセロール混合溶媒中における MD シミュレーション（（A）NaPDBA、（C）NaPDBA- γCD）。
（B）NaPDBA- βCD、

図 4 フェムト秒ポンププローブ TAS によって得られた 2 次元プロット（（A）NaPDBA、（B）NaPDBA- γCD）。

（Transient Absorption Spectroscopy；TAS）と時

まず、MD シミュレーションや吸収スペクト

間分解 EPR（TrEPR）により、SF 過程とスピン偏

ル、NMR 測定により、水­グリセロール混合溶

極した五重項状態の生成が確認された。さらに、媒（v/v＝5/5）中 に お け る NaPDBA の 分 子 集 合

DNP 効率の磁場依存性とマイクロ波パワー依存状 態 を 評 価 し た。 図 3 は そ れ ぞ れ NaPDBA の性から、五重項状態のスピン偏極が水分子中 Hみ、 NaPDBA ：β-cyclodextrin（βCD ）＝1 ： 5,

核スピンへ移行されたことを確認した。

NaPDBA：γ-cyclodextrin（γCD）＝1：5 を水­グ

1

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

図 5 （A）（, B）時間分解 ESR スペクトル（（A）NaPDBA、（B）NaPDBA- γCD）。
（C）（, D）スペクトルシミュレーション（（C）NaPDBA、（D）NaPDBA- γCD）。

リセロール中に配置したときの MD シミュレー

NaPDBA のみと NaPDBA- γCD が SF 過程によっションである。NaPDBA のみでは複数の NaPDBAて偏極した五重項を形成していることが明らかにダイマーと少数のモノマー、NaPDBA- βCD では

な り、 こ れ は NaPDBA の み と NaPDBA- γCD が

1：2 の 超 分 子 構 造、NaPDBA- γCD で は 2：2 の安定なペンタセンダイマーを形成するという MD

超分子構造が形成されることが分かった。

シミュレーションの結果とよく合致している。

次に、フェムト秒ポンププローブ TAS により

5
最後に、（TT）
0 に偏極した五重項状態を用い

SF 過程を確認した。図 4 はそれぞれ 143 K におけて 0.63 T, 100 K の条件下で水分子中 H 核スピンのる NaPDBA のみと NaPDBA-γCD の TAS である。

DNP を行った（図 6）。NaPDBA のみでは熱平衡

NaPDBA ダイマーを形成している NaPDBA のみ状態に対して 20 倍（偏極率 0.01％）、NaPDBA- γのサンプルと NaPDBA-γCD のサンプルでは、〜

CD では 6.5 倍（偏極率 0.004％）の 1H-NMR シグナ

ps オーダーでペンタセンの T1 → Tn 遷移が出現し、。DNP 効率の磁場プ
ル増感が得られた（図 6A, B）

これは SF 過程における高速な S1S0 →（TT）過程

ロファイルにより、 H-NMR シグナルの増強は五重

1

［23］

1

。一方で、NaPDBA- βCD の55± 1 遷移に由来することが確認
項の（TT）
0 →（TT）

サンプルではそのような吸収がほとんど観測され。また、磁場を（TT）された（図 6C, D）
0 →（TT）
1

なかった。

遷移に合わせて DNP 効率のマイクロ波パワー依を反映している

さらに、TrEPR 測定によってスピン偏極した

5

5

総説論文

。図 5A, B はそれ
五重項状態を確認した（図 5）

存をプロットしたところ、最適なマイクロ波パ
ワーは T0 → T1 遷移の場合よりも 1⁄ √3 倍に減少しぞれ 143 K における NaPDBA のみと NaPDBA- γ

た（図 6E）。これらの結果から、五重項状態の偏CD の TrEPR スペクトルである。シミュレーショ

極した電子スピンを用いた DNP を実証した。

解説

ンの結果、（TT）
0 に偏極したスピン状態が形成
5されていることが確認された（図 5C, D）。一方
で、NaPDBA- βCD では五重項に基づくシグナ
ルは得られなかった。TAS と TrEPR 測定の結果、

104

1

4. 超分子化学を利用したピルビン酸 13C 核スピンの高偏極化
DNP において最も重要な生体分子プローブは

105

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024
巻

13

図 6 （A）,（B）偏極した五重項を用いた DNP 後（赤線）と熱平衡状態（黒線）における 1H-NMR スペクトル（（A）NaPDBA、（B）NaPDBA-γCD）。
（C）（, D）DNP 後に得られたシグナル強度の磁場依存（赤線）と対応する ESR
スペクトル（黒線）（（C）NaPDBA、（D）NaPDBA-γCD）。
（E）DNP によるシグナル増強のマイクロ波パワー依存。

ピルビン酸である。ピルビン酸は生体内代謝の可能なマトリックスは疎水的な分子に限られるた中心に位置し、その代謝速度は様々な疾患に関めである。そのため、親水的な生体分子プローブ

連しているため、ピルビン酸の代謝を追跡するであるピルビン酸中に疎水的なペンタセンを分

［24］

。特に、

散させることは困難であり、triplet-DNP による

Dissolution-DNP で は す で に 超 偏 極［1- C］ピ ル［1- C］ピルビン酸の高偏極化は達成されていなことで生体内の病状解析が可能である

13

13
ビン酸を用いた生体内の C-MRI に成功してお

13

かった。

り、ピルビン酸→乳酸の代謝速度を解析すること

そこで我々のグループは偏極源とピルビン酸のでがんの部位を特定するといった治験が世界中で相溶性を向上させるため、水溶性偏極源 NaPDBA［25］。しかし、Dissolution-DNP は高とβCD の超分子形成に着目した。超偏極［1-13C］

磁場・極低温といった過酷な実験条件を必要とす

ピルビン酸は生体内投与によって希釈されるたることから、装置が高価かつ煩雑なものとなり、

13
め、dissolution-DNP では高濃度の［1- C］ピルビ

汎用的に用いられるためには大きな課題がある。

ン酸を一度に偏極する必要がある

行われている

［24］

。水溶性偏

Triplet-DNP は低磁場・高温条件で核偏極が可極源である NaPDBA を用いたとしても、一般的に能なため、低コストで超偏極［1- C］ピルビン酸用いられるマトリックスである DNP juice（H2O/を用いた C-MRI を提供することが可能となると［24］
D2O/Glycerol-d8 ＝ 1/3/6, v/v/v）
において 1.5 M期待される。しかし、これまで triplet-DNP によという高濃 度なピルビン酸ナトリウム（NaPyr）

る C 核スピンの高偏極化は p ­ターフェニルや芳が共存している場合、凝集してしまう。しかし、

香族カルボン酸といった芳香族分子に限られてい

DNP juice 中で NaPDBA がβCD と 1：2 の超分子

13

13

13

［8,26］。これは triplet-DNP の偏極源であるペン錯体を形成していると、1.5 M の NaPyr が共存してタセンは極めて疎水的であり、ペンタセンを分散

いても NaPDBA-βCD が分散することを発見した。

たBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

図 7 NaPDBA の吸収スペクトル。
（黒線）メタノー（ 赤 線 ）DNP juice 中 の NaPDBA、
ル 中 の NaPDBA、（ 青 線 ）NaPyr が 共 存し た DNP juice 中 の NaPDBA、（ 緑 点 線 ）β CD と NaPyr が 共 存した DNP juice 中のNaPDBA。

その結果、NaPDBA が生成する光励起三重項電子
1313
スピンの偏極を［1- C, d3］NaPyr の C 核スピンへ
13
13
移し、増強した［1- C, d3］NaPyr の C-NMR を観［27］測することに成功した。

図 8 NaPDBA の ESR ス ペ ク ト ル。
（ 上 段 ）1.5M のNaPyr を含むときの NaPDBA、（中段）1.5M の NaPyr,
5 mM のβ CD を含むときの NaPDBA、（下段）5 mMのβ CD を含むときの NaPDBA。

ま ず、 吸 収 ス ペ ク ト ル か ら DNP juice 中 の

NaPDBA の分散性を評価した（図 7）。黒線はメタ

総説論文
解説
106

ノール中で分子分散した NaPDBA、赤線は DNP合、三重項電子スピンの偏極に基づくシグナルがjuice 中 の NaPDBA、 青 線 は 1.5 M の NaPyr が 共

ほとんどないことから、NaPDBA が凝集し、電存 し た DNP juice 中 の NaPDBA、 緑 点 線 はβCD

子スピン偏極が速やかに失活していることが分かと NaPyr が共存した DNP juice 中の NaPDBA の吸る

収スペクトルである。セクション 3 でも解説した

重項電子スピンの偏極に基づくシグナルが得られように、DNP juice 中で NaPDBA は会合体を形成た。このスペクトルは 1 mM の NaPDBA と 5 mMするため、メタノール中よりもレッドシフトする。

のβCD のみを含む DNP juice ガラス中のスペク

1.5 M の NaPyr が添加されるとさらにレッドシフト

トルとほとんど一致していることから、高濃度にし、マクロスコピックな凝集が起きていることが

NaPyr を含む DNP juice 中であっても NaPDBA は示唆された。一方で、1.5 M の NaPyr、5 mM のββCD との超分子相互作用によって分散している

CD が共存している場合、NaPDBA の吸収スペク

ことが分かった。

［28,29］。一方で、5 mM のβCD を添加すると三トルは DNP juice 中のスペクトルとほとんど一致し次に、NaPyr が高濃度に存在する DNP juice 中ていることから、βCD の添加によって NaPDBA

において、NaPDBA-βCD が生成する三重項電子の分散性が改善されたことが分かった。さらに、スピンの偏極を DNP juice 中の H 核スピンを経由

DNP juice 中における NaPDBA の MD シミュレー

13
13
して［1- C, d3］NaPyr 中の C 核スピンへと移行しションの結果から、1 mM の NaPDBA、5 mM のβ。 図 9A は 1 mM の NaPDBA、5 mM のβた（ 図 9）CD は DNPjuice 中で 1：2 の超分子錯体を形成し、CD、1.5 M の［1-13C, d3］NaPyr を含む DNP juice ガ

1.5 M の NaPyr が共存している場合であってもこのラスを用いて 0.64 T, 100 K の条件下で triplet-DNP を

超分子錯体が安定に存在していることが分かった。

行った際に得られた H NMR スペクトルである。熱次に、NaPDBA の光励起三重項電子スピンの平衡状態のスペクトルと比較することで、増感倍偏極を時間分解 ESR 測定によって評価した。図率は 174 倍（偏極率 0.04 ％）となった。次に、高偏8 は DNP juice ガ ラ ス 固 体 中 の NaPDBA の ESR

極 化 し た H 核 スピン は ramped-amplitude cross-

スペクトルである。1.5 M の NaPyr が共存する場［30］
polarization（RAMP-CP）
によって［1-13C, d3］NaPyr

1

1

1

107

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024
巻

13
図 9 1.5M の [1-13C, d3]NaPyr を 含 む DNP juice 中 に お い て NaPDBA- β CD を 用 い た triplet1
DNP。
（A）Triplet-DNP 後（赤線）と熱平衡状態（黒線）における H-NMR スペクトル。
（B）Triplet1
1
DNP によって偏極した H 核スピンを用いた RAMP CP 後（赤線）と熱平衡状態の H 核スピンを用
13
いた RAMP-CP 後（黒線）の C-NMR スペクトル。

中の C 核スピンへ移行された（図 9B）。その結果、して配向させることで、0.39 T、室温下で単結晶

増 感 し た［1- C, d3］NaPyr に 基 づ く C-NMR がに匹敵する偏極率 11 ％が達成された得られ、室温下で測定した熱平衡状態の C- メタ

ファスやポリマーはピルビン酸といったターゲッ

ノールとの信号強度を比較することで増感倍率はト分子を導入することができるため、ターゲット

122 倍（偏極率 0.007 ％）と計算された。

分子への偏極移行効率を改善することで室温下で

13

13

13

13

［32］

。アモル

10 ％オーダーの偏極率を達成することが可能に

5. 終わりになると考えられる。一方、装置開発に関しては、

本解説では、光励起三重項状態の偏極電子スピ

dissolution triplet-DNP によってたんぱく質と薬［15,16］。

ンを用いて水やピルビン酸といった生体分子を高剤分子の結合を観測したことが報告された

核偏極化させるための材料開発について紹介し偏極源の構造最適化や dissolution triplet-DNP 装た。偏極水はタンパク質構造解析や薬物スクリー

置開発を組み合わせることで、偏極した水分子やニングに有用であり、高核偏極 C­ピルビン酸はピルビン酸を用いた高感度 NMR/MRI の実装が高感度な C­MRI 癌診断を行うための重要な生可能になると期待される。

1313体分子プローブである。Triplet-DNP は穏和な条
件下で核偏極が可能なため、今回の研究成果を基謝辞に広範な研究・医療機関に高感度 NMR/MRI を

本稿で紹介した筆者らの研究の一部は JST さき

提供することに繋がっていくと期待される。このがけ「量子技術を適用した生命科学基盤の創出」

ような実用化に向けて残された課題は偏極率のさ

領域、JST 創発的研究支援事業、日本学術振興会

らなる向上と装置開発である。現状、本研究で科学研究費、新日本先進医療研究財団、積水化学

得られた C­ピルビン酸中 C 核スピン偏極率〜

自然に学ぶものづくり研究助成プログラムの援助

0.007 ％は、高磁場 NMR（18.8 T）における C 核を受け、川嶋優介博士、山内朗生氏、西村亘生博

スピン偏極率 0.002 ％と同程度である。また、十士、中島悠真氏、藤原才也博士、坂本啓太氏、河分に長い T1 を保つために 100 K の条件が必要であ野宏徳博士、君塚信夫教授と共に実施された。共る。偏極率向上のために、近年ペンタセン誘導

同研究において Triplet-DNP のセットアップは理体をドープしたアモルファス材料を用いて 0.64

化学研究所の立石健一郎博士、上坂友洋博士に、T, 100 K の条件下で 10 ％に迫る偏極率が達成さ

超高速分光は九州大学の宮田潔志准教授、笠僚

13

13

13

［31］

。また、ペンタセンをドープした p ­ター

宏氏、田村徹氏、西郷将生博士、恩田健教授に、フェニルのマイクロ結晶をポリマー中で磁場に対MD シミュレーションは北里大学の佐藤俊輔氏、れたBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

渡辺豪教授に、ESR シミュレーションは神戸大学の小堀康博教授により実施された。ここに厚く御礼申し上げる。

総説論文
解説
108

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BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

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日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

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109

巻

13

濵地 智之（はまち・ともゆき）

2020 年4 月 九州大学大学院工学府応用化学専攻修士課程入学
2022 年4 月 九州大学大学院工学府応用化学専攻博士後期課程進学
2022 年4 月 日本学術振興会特別研究員 DC1 採用

楊井 伸浩（やない・のぶひろ）

2011 年 3 月

京都大学大学院工学研究科合成・生物化学専攻 博士（工学）取得

2011 年 4 月

JSPS 海外特別研究員 イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校

2012 年 11 月

九州大学大学院工学研究院応用化学部門

2014 年 10 月

JST さきがけ「分子技術と新機能創出」領域 研究者（兼任）2015 年 10 月

九州大学大学院工学研究院応用化学部門

助教
准教授

2018 年 10 月

JST さきがけ「量子技術を適用した生命科学基盤の創出」領域 研究者（兼任）2022 年 4 月

JST 創発的研究支援事業 研究者

2023 年 10 月

JST CREST「量子・古典の異分野融合による共創型フロンティアの開拓」領域
研究代表者

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

総説論文：トピックス

製薬企業における創薬のための生体系 NMR の活用戦略（中外製薬の場合）
─最近の動向と将来の展望─

1
2

中外製薬株式会社 研究本部 タンパク質科学研究部 1 グループ
中外製薬株式会社 研究本部 タンパク質科学研究部 部長

奥出 順也 1 、鳥澤 拓也 2
okude.junya76@chugai-pharm.co.jp
torizawatky@chugai-pharm.co.jp

はじめに晶構造解析等の立体構造解析、表面プラズモン共［1］

我 々 が 2016 年 に 本 機 関 誌 に 寄 稿 し た 解 説鳴（SPR）等の分子間相互作用解析の機能を有す（2015 年当時の状況）から 2024 年現在に至る中外るグループに所属していた。鳥澤がマネージャー

製薬株式会社の創薬における生体系 NMR の位置（現場に近く一般的な研究員よりも権限を持ってづけの変遷を本稿でお伝えしたい。奥出は生体系

おり、かつ研究所全体を見渡しやすい研究者）、

NMR で学位取得後、2015 年に新卒で中外製薬に新入社員として奥出が現場で実験を進める研究者

入社したため、この 8 年間の状況変化と並行してという 2 人体制で NMR 活動を進めていた。

奥出の中外製薬での生体系 NMR 研究者としての 8

この当時、現在、臨床開発が進められているス

年間のキャリアもお伝えすることができるのでは

イッチ抗体（図 1）の創薬が進められており、鳥ないかと考えた。この製薬企業での研究員として澤が整備した創薬現場でも使える抗体の安定同位のキャリアが、現在すでに製薬企業で活躍されて体技術いる（生体系 NMR 研究者に限らず）創薬研究者のが抗体に結合し、さらに抗原が結合するメカニズ

方々や、これから製薬企業で研究者を志す学生のムを、生体系 NMR を用いて研究することで、よ方々へのキャリアの参考となれば幸甚である。

り良い抗体の取得に貢献できるのではないかと考［1］を用いて、低分子であるスィッチ分子え、実験を進めた。これは創薬の現場で他の研究

企業研究者としてスタート（抗体創薬への員から依頼を受けたものではなく、生体系 NMR

NMR 適用から中分子創薬への NMR 適用へ）で得られるデータが創薬に貢献できるのではない

2015 年当時、我々は生体分子の NMR や X 線結かと考え我々が提案したものである。このように

総説論文
トピックス
図 1 スイッチ抗体が癌特異的に作用するメカニズム。文献［12］より抜粋。
110

受領日：2023 年 12 月 7 日

受理日：2024 年 2 月 24 日

編集委員：池谷 鉄兵

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

た提案であれば、現場の意見が尊重されるカルにおいて、ヒット化合物を取得するための RNA

チャーが醸成されており、これこそが中外製薬がディスプレイ法に用いる標的タンパク質分子の調

新規の医薬品を創出することができる源泉となっ製業務に携わった。タンパク質を調製するだけでている。ここで詳細を伝えることはできないが、なく、調製したタンパク質の 2 次元 NMR スペク

スィッチ分子による Fab の CDR 領域の構造平衡

トルを片っ端から取得した（もちろんタンパク質の制御が、抗原結合に対する選択性に重要であは安定同位体で標識されている）。ヒット化合物

ることを示すことができた。その内容を ISMAR-取得に用いるタンパク質の立体構造を担保するこ

APNMR2021 合同会議でポスター発表した。さらの活動を通して、中分子創薬で要求される 良いに X 線結晶構造解析機能や分子間相互作用機能のタンパク質 を調製することが、ヒット化合物のメンバーと連携して、選択性の高いスィッチ抗体取得の成否にかかわることを、身をもって経験しを取得するための鋳型抗体として、どういった性た。また特定のドメインに結合するバインダーを質を有している抗体が適しているのかをタンパ

取得する際、そのドメイン単独では生化学的な手

［2］

。これ

法で活性を評価できない場合、調製したドメイン

は現在タンパク質科学研究部で進めている IPS 活

タンパク質が正しいフォールディングを有してい動（Integrated Protein Science の略、一般的にはることを評価するために NMR 解析により立体構

Integrative Structural Biology と言われている活造を担保するという意味でも有効であると感じ動に近いが、タンパク質科学研究部では構造解析た。さらに、あらかじめ NMR スペクトルを取得

機能のみならずタンパク質調製機能、分子間相互しておくことで、ヒット化合物が取得されてきた作用解析機能、質量分析機能、計算科学機能を有際に、結晶構造解析に先んじて標的タンパク質にしているため構造生物学に縛られずタンパク質科

対するヒット化合物の結合部位を同定し、創薬プ学としている）（ 図 2）の第一号案件である。このロジェクトに提供することができた（ただし、後時、どのような IPS 手法が創薬に活用できるかを述するが、クライオ電子顕微鏡による単粒子解析

グループ内でベンチマーク調査活動をしていた。

が成熟しつつある現在では、標的タンパク質分子

奥出はタンパク質の形状を時間分解能で解析できの分子量にもよるが、クライオ電子顕微鏡によるる原子間力顕微鏡（AFM）も調査を担当し、タイ

構造解析のスピード（タンパク質があればモデル

ミングよく開催されていた金沢大学で開催された構築まで 1 カ月も必要としない）には、これまで

AFM 夏の学校にも参加した。専門性が異なる手の NMR 測定、解析を多少自動化した程度では到法を学べたことは非常に良い経験であった。

底勝てない）。上述のように複数の中分子創薬プ

ク質科学的に明らかにし、特許化した

この頃、抗体創薬以外にも、中分子化合物を取ロジェクトに携わった経験ができたため、奥出が得する mRNA ライブラリ技術が開発され、中分中分子創薬プロジェクトのプロジェクトリーダー［3］を任されるに至った。プロジェクトリーダーとし子創薬プロジェクトが立ち上がりつつあった。

図 2 Integrated Protein Science（IPS）活動の概要

13

巻

その頃のほぼすべての中分子創薬プロジェクト
日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

中外製薬では科学的な根拠や実験データに基づい

111

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2て、自身の専門性以外の学問領域を理解し、化学用いた構造解析業務も行っている。両方の業務にや薬理のプロジェクトリーダーとともにチームを携わっている者として、感じていることを次に記

まとめる経験、特にチームビルディングを学べた載したい。上述したように、クライオ電子顕微鏡

ことは非常に良い経験となった。

を用いた立体構造解析が発展途上で、主に結晶構造解析により化合物と標的タンパク質の構造解析

クライオ電子顕微鏡による単粒子解析の急成長をしていた時は、結晶化に難航することもあり、前項で述べたように所属グループにて 2015 年

生体系 NMR を用いて化合物添加前後での NMR

から 2016 年に IPS 手法のベンチマーク調査活動をスペクトルを比較して、化合物の結合部位を同定進めていた。クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子することで創薬プロジェクトに貢献することがで解析もその調査対象の一手法であった。2018 年

きた。一方、クライオ電子顕微鏡による構造解析には、イギリスではクライオ電子顕微鏡を共用利が成熟に向かいつつある現在、精製やアッセイに用するため複数の製薬企業から構成されたコン用いるタグがあるタンパク質サンプルでも立体構

ソーシアムが立ち上げられ、またメガファーマが造解析ができ、さらに一度グリッド作成条件（直クライオ電子顕微鏡を導入し始めていた。そのた径 3 ミリのグリッドにサンプルを乗せ、余分な水め、中外製薬でもクライオ電子顕微鏡に詳しい研分を除いた後、液化エタンで瞬間凍結する）が確究機関との共同研究を開始し、共同研究先で技術立されると、タンパク質試料と混ぜる化合物を変習得を推進した。2 年間の共同研究を通して、いえるだけで、化合物と標的タンパク質との複合体

くつかの膜タンパク質や可溶性タンパク質の立体の立体構造が複数得られる。そのため、一度こ構造解析を高分解能で解析することができた。その立体構造解析スピードに到達すると他手法は太して、本稿の読者でご存知の方もいらっしゃるか

刀打ちすることは難しいケースが多くなる。将来もしれないが、中外製薬は国内製薬企業で初めて的には、クライオ電子顕微鏡構造がさらに高分解

クライオ電子顕微鏡のスクリーニング機（加速電能化されれば、立体構造解析業務が順に X 線結晶。クライオ
圧 200 kV）を 2021 年に導入した（図 3）

構造解析からクライオ電子顕微鏡に置き換わるの電子顕微鏡による立体構造解析で成果を出すことではないかと推測する。そのようななかで、生体ができ、その成果を基に経営層へのボトムアップ

系 NMR でしかできない標的として、柔軟性の高的な提案により、クライオ電子顕微鏡の社内導入

い生体分子である天然変性タンパク質や RNA がにつながったことは非常に喜ばしい流れを作れた

挙げられる。また、これまでの標的タンパク質でと考えている。現在も奥出は生体系 NMR を主との創薬活動において生体系 NMR が活躍するとしした業務を行うとともに、クライオ電子顕微鏡をたら、タンパク質の運動性がカギなのではない

総説論文
トピックス
図 3 社内に導入した加速電圧 200kV のクライオ電子顕微鏡装置
112

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

要な新たな知見を得ることこそが、創薬活動には一種である G タンパク質共役型受容体（GPCR）

非常に重要になると感じている。

について考えてみたい（奥出は GPCR の NMR 解NMR 機能メンバーの増員とグループの再編成

GPCR を標的としていることから、今回例として中外製薬は 2021 年より新たな成長戦略である

挙げた）。GPCR は inactive 状 態、partially active

TOP I 2030 を策定し、研究開発のアウトプット倍状態、fully active 状態の平衡にあり、アゴニスト

増を進めている。その流れを受け、生体系 NMRが結合すると active 状態に平衡が偏り、三量体 G

機能メンバーも現場で実験を進める研究者が 1 名

タンパク質 Gαβγが結合する。その後、活性化の状態から幸運なことに執筆当時で 3 名に増員しした GαとGβγが GPCR から解離し、下流にシグた。生体系 NMR に関する専門家による議論も高。アゴニスト創製のたナルが伝達される（図 4）

いレベルで量を伴うようになってきたが、質・量めの Structure-Based Drug Design（SBDD）を考ともに更なる向上を目指している。さらに研究本えた場合、クライオ電子顕微鏡による立体構造部内における生体系 NMR の認知度もこれまでに解析の第一ターゲットとなるのは、アゴニスト

かなり高まってきており、リガンド結合部位同により活性化された GPCR に三量体 G タンパク定にとどまらず創薬プロジェクトの様々な課題

質 Gαβγが結合した複合体である。この構造を（「結晶構造のような静的な構造では見ている現象

用いて、アゴニストの affinity を上げることができを説明できないため、タンパク質の運動性情報をるかもしれないが、おそらく efficacy を制御する

取得して欲しい」、「細胞を用いたアッセイと cell-

ことは難しいのではないかと思う。クライオ電子

free アッセイで化合物の活性に違いがあるため、顕微鏡の単粒子解析でよく使われる解析ソフトで構造的に必要な細胞の要素を知りたい」など）のある cryoSPARC に搭載されている 3D variability

解決に NMR 解析で取り組めないかという相談が

［5］

［6］

などの解析からタンパ非常に増えている。人とマシンタイムのリソース

ク質分子の運動性や各構造の存在割合を同定するを効果的に活用するには、生体系 NMR を扱う研ことができるが、高分解能情報を与える粒子の中究員が複数ある創薬課題のなかでどれが NMR ででの解析であるため、必ずしも生理的な条件を反しか解決できないものかを見極め、それを解決す映しているわけではない。生体系 NMR により取るためにはどのような NMR 手法がよいかを常に得される inactive 状態、partially active 状態、fully

判断しなければならない。日々 NMR 解析を行っ［7］

active 状態の存在割合や各状態の溶液構造情報ている読者はご存じの通り、NMR では解析対象

を拘束条件、クライオ電子顕微鏡構造を初期構造（ligand-based や Protein-based な ど ）も 解 析 手 法

として分子動力学計算（これも IPS 活動の一例で（溶液構造解析、相互作用解析、運動性解析など）ある）を実施することで、これまでよりも高次のも数多く存在し、課題解決のアプローチは星の数創薬ができるのではないかと考えている。このよほどある。このアプローチの選択には、研究者のうに他の立体構造解析機能と競合的に張り合うの経験やそれによって培われたセンスに大きく依存ではなく、IPS 活動のようにうまく協働して、必すると思う。社歴が上がってくるとグループや部

analysis

や cryoDRGN

図 4 G タンパク質共役型受容体（GPCR）に存在する構造平衡。文献［7］より抜粋。

13

巻、医薬品の約 30 ％が［4］

析で学位を取得したこと

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

かと我々は考えている。例えば、膜タンパク質の113

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2の運営業務が増え、自身で手を動かして実験をす

良い影響をもたらしているのではないかと思う。

る機会が減り、研究補助員の方に多くの実験を依頼しなければならない。そのため、運営業務が少

総説論文
トピックス
114

将来の展望

なく社歴が浅い間に、自身で手を動かし多くの経最後のまとめとして将来の展望を記したい。ク

験を積むことをタンパク質科学研究部では強く推ライオ電子顕微鏡を用いた構造解析や AlphaFold2

奨されている。この大事な時間を今後の研究人生に代表されるような AI 技術の急速な発展により、への投資と思い、鍛錬してくれることを後進には生体系 NMR の活用場面や NMR スペクトルを取願っている。

得した後の解析のありかたにおいて再考が迫られ少し話は変わるが、当タンパク質科学研究部はている。活用場面に関しては、通常の希薄溶液でこれまでタンパク質調製機能と立体構造解析・分のリガンド−タンパク質相互作用解析にとどまら

子間相互作用解析・計算科学機能の 2 グループ体

ず、リガンド−タンパク質複合体中のリガンドや制であったが、2023 年よりタンパク質調製機能 2タンパク質のエントロピーに着目した運動性解析

グループ、立体構造解析機能・計算科学機能、相や、より生体内に近い条件での NMR 解析、他の互作用解析機能、質量分析機能の 5 グループ体制

立体構造解析手法では取り組みが難しい天然変性となった。抗体や中分子、低分子に限らず薬のタ

タンパク質や RNA の NMR 解析などが創薬現場ネを取得するには、ほぼすべての場合に単離精で求められてくるのではないかと想像する。中分

製したタンパク質試料が必要であり、創薬の最上子は低分子と比較して柔軟性が高いため、通常低流において最も重要であるため、タンパク質科学

分子の創薬で行われる X 線結晶構造やクライオ電研究部に所属するメンバーのうち半分近くがタン子顕微鏡のような静的構造をベースとした SBDD

パク質調製を担えるメンバーである。さらに患者ではある程度までは化合物の最適化ができるかもさんに投与する医薬品にまで薬のタネを育てるにしれないが、より良い化合物を創製するには生体は、取得されてきた薬のタネが標的タンパク質と系 NMR を用いた運動性解析が重要なのではない

どのような親和性で結合するのか、どのような部かと思う。このデータをもとに、化合物の標的結位で結合するのかを明らかにする必要があり、こ合によるエントロピーロスを抑える合成展開を提れらの活動もタンパク質科学研究部が担ってい案したり、標的結合によるエントロピーゲインをる。上述したように単機能だけでなく複数機能で促進する合成展開を提案するなどのより発展的な協働して、単機能では明らかにすることができな

創薬もできるのではないかと期待を膨らませた

かった生命現象を明らかにする IPS 活動も積極的い。より生体内に近い条件での NMR 解析においに推進し、創薬プロジェクトに対して新たな切りても、化合物が細胞内タンパク質と反応する場は口を提案している。このようにタンパク質科学研

細胞質のみではなく、細胞膜上であったり液 液

究部は創薬の上流に置いて非常に重要な役割を果

相分離（LLPS）中であったりと様々で、それらのたしていることをご理解いただけたかと思う。上

環境を模した条件で構造解析できるのは生体系

述した部内の再編に伴い、生体系 NMR 機能はも

NMR だけではないかと思う。生体環境を近似しともと X 線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡た条件でも生体環境を完全に模倣できないのであなどの立体構造解析機能と同じグループであっ

れば、in-cell NMR という選択肢もあるかと思う。

たが、他の立体構造解析機能に比べ安定同位体

次に NMR データの解析に関しても考えたい。

標識の手法や試料数（全く同じ分子で標識パター

生体系 NMR 解析を日頃から行っている読者の皆ンが異なるだけの試料を多数調製するなど）の特様はご存じの通り、NMR スペクトル取得を 1 つ

殊性や、NMR データからタンパク質調製法へのとっても解析対象の分子量が大きくなるほど時間

フィードバックへの掛けやすさから、タンパク質がかかり、シグナルの帰属などそのスペクトルを調製機能と同じグループに所属する体制へシフト

手作業で解析するのはさらに時間がかかる。そのした。このようなグループ体制は執筆当時でまだため、測定時間や解析時間の短縮化が必要であ

1 年近くと始まったばかりであるが、NMR 測定

る。生体系 NMR における AI 技術の適用は他の分に供するタンパク質調製に関してタンパク質調製

野・技術と比較して実装が遅れていると感じてい機能のメンバーとより密接に議論して、より 良

たが、近年生体系 NMR における AI 技術の適用にいタンパク質 を取得するなど、これまで以上に関する論文が増えている。深層学習を用いて低BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

積算スペクトルを denoising して高感度スペクト

容もすぐに時代遅れとなるであろう。このような、Peter時代において、我々製薬企業の研究員は世の中のGüntert 先生らが開発された ARTINA によりシグ動向を素早くキャッチアップし、進化していかな

ルを得てマシンタイムの節約をしたり［9〜11］

ナル帰属や溶液構造決定を自動化する技術

がその一例である。これら技術に関しては社内に取り込み、実際のプロジェクト推進に適用していきたいと考えている。また、中外製薬はデジタル
トランスフォーメーションにも力を入れており、データサイエンスを専門とする研究員が多く在籍している。彼らと協働して、公知となっている

AI 技術とは別に AI ×生体系 NMR 技術を開発し、これまでにない価値を創薬プロジェクトに提と考えている。
これまで将来の展望に関して記載した。しかしながら、昨今の破壊的イノベーションにより研究のあり方に変革が求められているように、これから先もさらなる変革が求められ、今回記載した内

引用文献［1］ 創薬における生体系 NMR の位置づけ：中外製薬（株）の場合を中心に，鳥澤拓也，NMR 学会機関誌
編集室 編 7 11 18，2016［2］ MTA 依存的に抗原に対する結合活性が変化する抗原結合ドメインを含む抗原結合分子及び当該抗原結合ドメイン取得用ライブラリ（WO2020189748A1）［3］ Atsushi Ohta et al., J. Am. Chem. Soc.（2023）［4］ Junya Okude et al., Angewandte. Chem. Int. Ed.
（2015）［5］ Ali Punjani & David J. Fleet, J. Struct. Biol.（2020）［6］ Ellen D. Zhong et al., Nat. Methods（2021）［7］ Shunsuke Imai et al., Nat. Chem. Biol.（2020）［8］ Ke Wu et al., Anal Chem.（2021）［9］ Piotr Klukowski et al., Nat. Commun.（2022）［10］Henry Wetton et al., Front. Mol. Biosci.（2023）［11］Piotr Klukowski et al., Sci. Adv.（2023）［12］Futa Mimoto et al, Cell Reports（2020）

奥出 順也（おくで・じゅんや）

2015 年

東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了（嶋田一夫研究室）、在学時
は G タンパク質共役型受容体（GPCR）の活性化機構に着目した NMR
解析に従事

2015 年〜現在

中外製薬株式会社にて研究員として勤務、入社時から生体系 NMR や
クライオ EM を用いた創薬研究に従事

鳥澤 拓也（とりざわ・たくや）

2001 年

東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了（嶋田一夫研究室）、在学時は紫外線損傷 DNA に結合する抗体、修復酵素の NMR を中心とした手法による機構解明に従事

2001 − 2005 年

科学技術振興機構にて研究員として勤務（甲斐荘正恒研究室）、SAIL 法によるタンパク質の NMR 解析法開発に従事

2005 − 2014 年

中外製薬にて研究員

2014 − 2015 年

同社主任研究員として勤務、生体系 NMR を用いた創薬に従事

2016 年

同社にて蛋白質構造解析グループ

2019 年

蛋白質科学グループのマネジャーとして勤務、立体構造解析手法全般、
分子間相互作用解析全般の統括業務に従事

2023 年

タンパク質科学研究部の部長として勤務、上記の統括業務に加え、タ
ンパク質調製、質量分析のグループも加えた創薬のタンパク質科学領
域全般の統括業務に従事、現在に至る

13

巻

供し、革新的な医薬品の提供に貢献していきたい

くてはならない。

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

［8］

115

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

総説論文：トピックス

BMRB および BMRBj の最近の動向
蛋白質研究奨励会

横地 政志
yokochi@protein.osaka-u.ac.jp

1. はじめにく関与している。本稿では、BMRB グループのNMR は 物 質 を 分 析 す る た め の 最 も 汎 用 性 の

最 新 の 進 展 に 焦 点 を 当 て、NMR 分 野 に お け る

高い分析法の一つであり、原子核をレポーター

データ駆動型研究の現状を考察したいと思う。

として利用している。今日まで、希望する結果に応じて試料の調製方法や測定手段の改良が進2. BMRB コアアーカイブ

み、固体および液体状態の生体高分子の構造やダ

2. 1 データ形式

イナミクス、相互作用、そして小分子代謝産物

BMRB に保管されているデータは、マスターの同定、混合物の組成、さらには天然物の構造

フォーマットである NMR-STAR 形式 で配布さが NMR 法を用いて明らかにされている。一般的れる。NMR-STAR は、1990 年代に Hall らによっに、実験データの解析に基づいて考察された成果［6］て提案された STAR フォーマット を基にしていは研究論文として公表される。近年では、研究る。STAR フォーマットは、構造生物学のさまざに使用された実験データ、解析手法も普く共有

まな領域でデータを格納するために応用されてしておくことで、特定の研究分野に限らず、異［7］いる。例えば、結晶学データを記述する CIF 、なる分野の研究者や技術の組み合わせによる進PDB の原子座標を記述する PDBx/mmCIF［8］、小

［1］

［9］

［10］

展も期待されている 。生体高分子の NMR 研究

角散乱のデータを記述する sasCIF

分 野 に お い て、Biological Magnetic Resonanceのメタデータ（3DEM）、AlphaFold DB

Data Bank（BMRB, https://bmrb.io） は、 実 験

質構造予測（ModelCIF）の記述のために利用されデータや解析データの保存・共有において、国際ている。それぞれの STAR フォーマットは、辞書

［2］

、EMDB
［11］

の蛋白

的な情報基盤の役割を果たしてきた 。1988 年にと呼ばれるデータ構造を規定するファイルが存在

John Markley 博 士 と Eldon Ulrich 博 士 に よ っ て

し、STAR ファイルで使用するカテゴリー、デー設立された BMRB は、NMR に関連する各種の電タアイテムなどが定義されている。BMRB が管子データを継続的に収集している。2007 年には理している最新の NMR-STAR V3.2 辞書は、100Worldwide Protein Data Bank（wwPDB）の 一 員

以上のカテゴリーに 6,500 以上の定義済みデータとして活動を開始し、NMR 法によって解明されアイテムで構成されている。これらのカテゴリー

た立体構造情報を PDB に登録する際に、BMRB

を用いて、分子アセンブリの定義、試料条件、実ID に関連づけられた NMR 実験データ（化学シフ験の定義、引用文献を含む関連情報などの基本的ト、構造制限情報、ピークリストなど）の登録

なメタデータに加えて、化学シフト、相互作用の

［3］

総説論文
トピックス

が必須化された 。現在は、BMRB は米国コネ

動力学パラメータ、緩和解析パラメータ、距離制

チカット大学ヘルスセンター（UConn Health）の限、 二 面 角 制 限 情 報、Residual dipolar coupling

Jeffrey Hoch 博 士 が 率 い て い る。 ま た、2002 年（RDC）、Paramagnetic relaxation enhancementに BMRB グループの衛星サイトとして位置づけ（PRE）、Chemical shift anisotropy（CSA）、Small

られる Biological Magnetic Resonance Data Bank

angle X-ray scattering（SAXS）、ピークリストなJapan（BMRBj, https://bmrbj.pdbj.org）の前身がどの実験結果や解析結果を記述することが可能で大阪大学に設立され、NMR 実験データの登録受ある。

付サービスや、BMRB に蓄積されたデータの独
［4］

116

［5］

STAR フ ォ ー マ ッ ト の 一 般 的 な 特 徴 と し て、自の検索サービスを提供している 。現在では、

Key-Value 形式とテーブル形式の両方をサポート

BMRBj は登録受付システムの設計と開発にも深しており、大きなデータを記述する場合でも視認

受領日：2023 年 12 月 8 日

受理日：2024 年 1 月 25 日

編集委員：三島 正規

117

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

標準の JSON（JavaScript Object Notation）、XML

ルデータベースとの親和性が高く、同じカテゴ（Extensible Markup Language）、RDF（Resource

リーグループに属している互いに関連するデータ

Description Framework）形 式 を 開 発 し、BMRB

は、セーブフレームと呼ばれる一つのブロックに

グループ全体で共有、配布している［16］。これら 3まとめられる仕組みが備わっている。

つの拡張形式はいずれも相互運用性が高く、デー

NMR-STAR は、PDBx/mmCIF と同じ IUPAC 原
［12］

子命名法

に準拠しており、Chemical Component［13］

Dictionary（CCD） に登録されているモノマー残タの読み取り、変換、検索に必要とされる標準ラ
イブラリーやツールが整備されており、登録された NMR データの再利用促進が期待できる。

基やリガンドに関して、原子名は PDB と BMRBの間で互換性がある。別の言い方をすれば、NMR

2. 2 登録状況
wwPDB の各パートナーは、検索可能性、アクのない IUPAC/CCD 標準に準拠するよう変換されセシビリティ、相互運用性、再利用性の FAIR 原

る。しかし、同じメチル基やメチレン基に属する

則

水素原子などの特定の原子群は、通常一つの共鳴

タを BMRB コアアーカイブとして定義して維持線として観測されるため、NMR 特有の擬似原子管理している

名は共鳴線を同定する際には非常に都合が良い。

なデータは帰属された化学シフトで占められてこのため、NMR-STAR の化学シフトのテーブル

いるが、緩和速度、化学交換、カップリング定

は、CCD の定義する原子名と登録者によって定義数などの解析情報も含んでいる。2023 年 11 月現された原子名を並記している。

在、BMRB コアアーカイブには 15,352 件のエン

［17］を遵守しつつ、NMR に関連する実験デー［18］。BMRB コアアーカイブの主要

一方で、立体構造決定に使用された構造制限情トリーが存在する。これとは別に、Maybridge フ

報の記録法について、NMR 研究者、解析ソフト

ラグメントライブラリから主に選ばれた小分子化

ウェアの開発者、データベース管理者の間で合合物に関して、1,732 件の哺乳類代謝産物や、薬意形成がない状態がしばらく続いていた。結果的物様分子に関するスペクトルデータベースが存在に、異なる NMR 構造解析ソフトウェア間の互換する。

性は確立されておらず、PDB に登録された NMRNMR 構 造 の PDB エ ン ト リ ー 数 は、2000 年 代

構造とその計算に使用された構造制限情報を比較に急速に増加し、2007 年に増加速度のピークを

［14］

。2015

迎えたが、2010 年代に入ると横ばいかやや減少

年に、wwPDB の NMR Validation Task Force は、する傾向が見られる。2016 年には、Cryo-EM 法

この問題を解決するため、主要な NMR 解析ソで解明された PDB エントリー数が NMR のそれをフトウェア開発者を集め、新たに擬似原子の命上回った。一方で、NMR 実験データの BMRB へ

名則を定め、各利害関係者の要求を満たす NMRの登録件数は 2020 年の COVID-19/SARS-Cov-2 の検証する試みは長らく実現しなかった［15］

Exchange Format（NEF）を 策 定 し た。NEF

影響による減少から回復した後、増加傾向が続は、NMR-STAR と同様に STAR の派生フォーマッ

き 2022 年の年間登録件数は、1,000 件を超えておトであり、NMR-STAR と比べて記述可能なデー

り 2000 年代の年間登録件数のピークを超えた（図タの種類（分子アセンブリ、化学シフト、距離制1-1）。この傾向は、NMR の適用が構造決定から

限、二面角制限、RDC、ピークリスト）は限られ相互作用解析などの異なる方向に移行したことているものの、軽量なフォーマットおよび辞書で［2］と、BMRB の登録システムが BMRBdep に更新

定義されており、実装が容易になっている。なされてから、関連するエントリーの登録が簡便に

お、NEF は、NEF-STAR の サ ブ セ ッ ト と し て 機なったことが関連していると考えられる。実際、能するため、これらの２つのフォーマットの間で登録された化学シフトの内訳を調査すると、近年相互変換が可能である。

のメチル基や芳香族の平均帰属率が減少している

このように STAR フォーマットは構造生物学分

ことも、この仮説を裏付けている（図 1-2）。

野において一般的な標準フォーマットと見なしても差し支えないが、NMR-STAR 形式で記述されたデータが分野外の研究者にも利用しやすくなるように、BMRBj は NMR-STAR データをウェブ

3. 登録システム（Data-In）
BMRB は、4 つの異なる NMR データ登録シス。OneDep
テ ム を 運 用 し て い る（ 図 2）

［19］

は、 生

13

巻

分野で広く使用されている擬似原子名は、曖昧さ

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

性が損なわれない点がある、また、リレーショナ

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

図 1 1-1 は、BMRB エントリーの各年の公開数の推移。1-2 は、各年に公開された BMRB エントリーにおける化学シフトの平均帰属率の推移。シアンは全ての配列に対して何らかの原子が帰属された残基数の平均被覆率を示し、黒は主鎖原子、緑は側鎖原子、オレンジは芳香族原子、紺はメチル基それぞれの平均帰属率を示す。

総説論文
トピックス
118

図 2 BMRB グループが関わる４つの登録システムにおけるデータの経路

体高分子鎖（24 残基以上のアミノ酸、または 4 塩

ID が同時に付与される。BMRBdep は、OneDep基以上の核酸）を含む NMR 構造を登録するためで扱っていない NMR の実験、解析データの登録に用いられる。OneDep は、wwPDB の各パートを受け入れており、結果は NMR-STAR ファイル

ナーにより管理されており、原子構造、化学シフに変換される。RCSB PDB

ト、制限情報、NOESY ピークリストを受け入れ

OneDep システムで登録された NMR 構造の NMRる。登録されたエントリーには PDB ID と BMRB

実験データの処理は BMRB が担当し、PDBj［4］お

［20］

［21］

および PDBeの119

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2
［22］

よび PDBcの場合は BMRBj がそれぞれ担当して い る。2020 年 以 降、OneDep で は、 化 学 シ フている。SMSDep は、wwPDB の登録基準を満ト、距離制限、二面角制限、RDC、NOESY ピー

たさない小分子鎖、リガンド、天然物について、クリストなど、すべての NMR 実験データを１つ

NMR を 用 い て 決 定 され た 立 体 構 造、 化 学 シフの NMR-STAR または NEF のいずれかの NMR 統ト、制限情報、ピークリストを受け入れている。

合ファイルを用いた登録が可能になり、NMR 統

PDBx/mmCIF あるいは PDB 形式の原子構造ファ合ファイルを利用して登録されたエントリーにイルも、実験データ部分の NMR-STAR ファイル

限って、wwPDB 検証レポートに NMR restraintと同様に BMRB ID が付与され、BMRB サイトで

analysis のセクションが追加され、距離制限や二［2］配布される。BMRbig は、あらゆる NMR 実験

面角制限の違反に関する詳細な統計が記載されるデータを受け入れているが、他の登録システムとよ う に な っ た（ 図 3）。wwPDB は、NMR-STAR/は異なり、必ずしも BMRB によるアノテーショ

NEF 形式での単一ファイルによる登録を推奨しンが行われない特徴がある。BMRbig の主な用ている。
一 方 で、2023 年 春 から OneDep は、AMBER、NMR 分光計から BMRbig に直接送信して、実験［26］

BIOSYM、CHARMM、

データを逐次整理しておくことで、プロジェクト［29］

DYNAMO/TALOS
［32］

［27］

、CNS

/PALES、ROSETTA、CYANA

［30］

［33］

［28］

［31］

、GROMACS、［34］、SYBYL、XPLOR-NIH

公開時のデータ共有の迅速化を図ることが想定さISDれている。BMRbig では、全てのデータファイルのソフトウェア固有の形式のファイルの各種制限

がバージョン管理され、公開後もデータファイル

情報を登録時に NMR-STAR/NEF に変換できるよの追加、更新が可能である。

うになり、新たに登録される全ての NMR エント

ハイブリッド法で決定された生体高分子の立体

リーについて、完全な wwPDB 検証レポートが生構造について、OneDep は、X 線などの結晶回折成されるようになった。同時に、特定の条件を満、Cryo-EM 法、NMR 法、 ま た は 3 つ の法（MX）

たした既存の PDB エントリーの構造制限情報も方法のうちいずれかを組み合わせたハイブリッド

NMR-STAR/NEF に変換して配布している。既存法（Integrative/Hybrid Method；I/HM）で 決 定の方法された立体構造だけを受け入れている。一方、た定ソフトウェアに対応し、PRE、PCS、CSA を含とえ NMR 法を I/HM の手法の一つとして用いてむほとんどの NMR 実験由来の構造制限情報が扱いたとしても、クロスリンク、小角散乱、質量分

えるようになった。新しい NMR 統合データファイ

析、プロテオミクス、バイオインフォマティクス

ルのアーカイブは、フォーマットが標準化されてなどの事前知識を組み合わせて構造決定したモデいることに加えて、PDBx/mmCIF ファイルの原

［23］

［35］

に比べて、はるかに多くの NMR 構造決に登録することが推奨

子座標と完全な対応が保証されているため、NMRされている。これは、OneDep を介して I/HM で実験データの相互運用性、再利用性が大きく向上使用された一部の実験データが欠落することによしている。これらは構造モデルの妥当性評価手法

り、I/HM 構造モデルの妥当性を再検証すること

やより高精度な NMR 構造決定ソフトウェアの開ができなくなる状況を回避するためである。現在、発のための良質な機械学習の基盤となり得ると、この問題に関する判断は、研究者の倫理的判断に筆者は期待している。なお、従来のソフトウェア

頼っている。wwPDB としては、今後 I/HM の各

固有の形式のファイルを複数選択する PDB 登録に

実験手法の検証技術が確立できれば、OneDep とついて、移行期間を設けたうえで、将来廃止する

PDB-Dev の統合、既存の PDB-Dev エントリーに予定である。

ルについては、PDB-Dev

PDB ID を付与する可能性を議論している。

3. 2 BMRBdep
3. 1 OneDep

BMRB と BMRBj は、立体構造決定を伴わない

OneDep システムは、wwPDB パートナーによあらゆる NMR データを登録するためのシステム

り 共 同 で 維 持 管 理 さ れ て お り、BMRBj は NMR

BMRBdep を運用している。BMRBdep システム

データ登録受付を、BMRB は主に立体構造モデ［36］に代わり導入は、2020 年に従来の ADIT-NMR

ルと NMR 実験データの間の整合性を評価する

され、登録者の使い勝手が大きく向上している。

［24］

wwPDB 検証レポートの作成をそれぞれ分担し例えば、（1）NMR-STAR 辞書を元にして入力値の

13

巻

［25］

途として、大規模な研究プロジェクトにおいて、

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

［2］

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

図 3 wwPDB 検証レポート（PDB ID: 8E9E）の NMR restraint validation の各セクションの表示例。§8.1 は、構造制限情報の統計。§8.2.1 は、モデルごとの距離制限違反の平均数。§9.1.1 は、距離制限情報に対する違反数の割合を示すグラフ。網掛けの黒いバーは、いずれかのモデルで違反した距離制限情報の数、塗りつぶした黒いバーは、全てのモデルで違反した距離制限情報の数を表している。
総説論文
トピックス
120

チェック・自動補完が可能。
（2）セッションの逐
次保存、オフラインでも登録作業の継続が可能。

3. 3 SMSDep
前 述 の よ う に wwPDB に は、 生 体 分 子 の ポ リ［37］（3）アップロードした NMR-STAR ファイルからマー長に基づく登録基準があり、SMSDep は、

メタデータの自動抽出。
（4）任意の時点でエント

この基準を満たさない小分子鎖（特に 24 残基にリーの複製が可能なので、関連するエントリーを満たないペプチド鎖）やリガンドなどの NMR 構

複数登録する際には、一部のメタデータを変更す

造の登録先となっている。これは、低分子化合物

るだけで簡単に連続登録できるという特徴がある。

の X 線結晶構造が Cambridge Structural Database

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2
［38］

ン処理のシステム開発を主導しており、NMR-

なお、ペプチド鎖が 24 残基未満であっても、そSTAR/NEF 統 合 デ ー タ フ ァ イ ル に よ る エ コ シ

れが生物学的に重要と広く認識されている場

ステムを構築した。次の段階では、（1）多くの合、主要引用論文の受理を条件にして、例外的にNMR 構造解析ソフトウェア間で NEF ファイル相

PDB への登録が認められることがある。この判互互換性の検証作業、普及活動を継続すること。

断に迷いが生じた場合、まず OneDep に登録に必（2）ソフトウェア固有の形式で書かれたピークリ

要なデータをアップロードして、PDB アノテー

ス ト に 関 し て、 こ れ を NMR-STAR/NEF フ ァ イ

ターに直接問い合わせて頂きたい。SMSDep はルに統合すること。（3）wwPDB 検証レポートに、

BMRBj だけが運用しており、構造の検証およびRDC を用いた構造検証情報を追加すること。（4）NMR 実験データのアノテーションも BMRBj が担

OndDep が従来のソフトウェア固有の形式のファ当している。

イルの受け入れを廃止する事態に備えて、NMR
統合データファイルへの変換サービスを提供する

4. Web サイト 、ツール（Data-Out）ことを検討している。

13

巻

4. 1 BMRB、BMRBj の Web サイト、ツール

BMRBj は、これまでに開発した OneDep のソ

BMRB と BMRBj は、共通の BMRB コアアーカ［41］

フトウェアパッケージを応用して NMR デー

イブに基づいているが、それぞれ独自のサービス

タ登録のアノテーション処理の自動化に成功し、を提供している。BMRB は、NMR-STAR V3.2 辞

登録者との対話的なコミュニケーションツールを書などの NMR-STAR の利用普及に関わる情報、

提供している（図 4）。

［2］を介した NMR-STAR の検索サービ

BMRB APIス、これまでに登録された化学シフトの統計情
報、専門的な解析ツール、様々なコンバータや
［2］

［39］

パーサー、さらに NMRbox

4. 2 PyNMR-STAR、BMRB API
PyNMR-STAR は BMRB に よ っ て 開 発 さ れ たとNMR-STAR/NEF 用 の Python パ ー サ ー で あ り、呼ばれる NMR 解析ソフトウェアのリポジトリな

BMRB、BMRBj、OneDep シ ス テ ム 内 部 で 多 用

ど、NMR 研究者を支える幅広いサービスを提供している。NMR-STAR に準拠したファイルの生している。一方、BMRBj は、Web 標準技術およ成、編集に欠かせないライブラリであるので、新び NEF などのコミュニティ主導の技術に焦点をたに NMR-STAR/NEF を用いたソフトウェアを当て、BMRB コアアーカイブの再利用と相互運用

開発に取り組む際の最適な選択肢である。BMRB性の向上を目指したサービスを提供している。そAPI は、BMRB コアアーカイブの REST API であの成果は、BMRBj の検索サービスに具現化されり、問い合わせた結果が JSON 形式で返されるたており、NMR データの視覚化や関連するデータ

め、外部から BMRB コアアーカイブを利用する

ベースを横断して得られる多岐にわたる情報を検nightshift［42］のようなアプリケーションの構築に

PyNMRSTAR［40］

索結果として表示することにつながっている。

役立てられている。

以下では、最近の BMRB グループの取り組みのいくつかを紹介する。

4. 2 NMR-STAR/NEF 統合データのエコシステムの構築

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

（CSD） に登録が促される理由と同じである。

121

4. 3 NMRbox
NMRbox は、 様 々 な 分 野 の NMR に 関 連 す る
解析ソフトウェアやツールを収集し、これらを動作させるための UConn Health の計算機クラス

2023 年 11 月 現 在、PDB に 登 録 さ れ た 約 4,000

ターおよびストレージ環境を提供している。現

件の NMR エントリーに関する化学シフトと構造

在、NMR スペクトル解析、構造予測、構造決定、制限情報が、NMR-STAR と NEF の 2 つの形式に

構造検証、RDC 解析、緩和解析などの分野にお変換されて公開している。BMRBj は、PDB アー

いて、計 261 種類の NMR 解析ソフトウェアが網カイブの過去の NMR データの再処理、OneDep

羅され、仮想マシン環境で動作を試すことが可能に新規登録時に行われる NMR 実験データの統である。各プログラムに要求されるライブラリの合データフォーマットへの変換、OneDep 上の依存関係、ソフトウェア使用許諾について利用者

NMR データの可視化、wwPDB 検証レポートのが気にする必要はない。代替ソフトウェアを簡単作成、そして PDB と BMRB 双方のアノテーショに試して比較することも可能である。NMR ソフ

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

トウェアの開発者にとっても、例えば研究室を離うが望ましい。BMRB の NMR スペクトルデータ

れてもソフトウェアの更新を続けたり、インター

ベースは、ALATIS システム

ネット上からプログラムが失われるリスクを回化学を特定した低分子を固有の InChi 文字列で一避できるために、NMRbox を利用することは有意に識別して、各原子名を再現可能な ALATIS 原益であると考える。もし NMR の解析ソフトウェ

子命名法に基づいて標準化を済ませた 1,200 以上

アを公表した場合は、NMRbox からのリポジトの低分子のスペクトルおよび解析結果で構成されリー追加の招待に応じて頂けると幸いである。

ている。また、650 以上の標準的な小分子スペク［45,46］を活用し、立体［47,48］を使用
トルについては、GISSMO システム

4. 4 ALATIS で標準化した小分子のNMR スペクトルデータベース

して、任意の磁場強度でスペクトルのシミュレー
ションが可能である。なお、HMDB も BMRB とBMRB は、分子量が 1000 Da 未満の低分子有機化合物の NMR スペクトルデータベースを提供している。代謝物の 1D NMR スペクトルを定量す［43］

る場合、通常は BMRB や HMDB

同様に ALATIS システムを基盤としているので両者には互換性がある。

GISSMO サーバーは、混合物状態の 1D NMRなどの参照

スペクトルの自動ピーク解析を実行することがとなるスペクトルデータベースと比較することに可能である。実験の NMR スペクトルを正確にモなるが、共鳴線の帰属に関しては、化学シフトがデル化するために、スピン系行列が適切にモデル

溶媒環境により変化することや、磁場に誘起され化され、その行列を使用して任意の磁場強度のス

た分子のわずかな異方的な配向分布の結果、スピペクトルをシミュレーションできる。GISSMO

ン−スピン結合定数が磁場強度によって変化するによってモデル化されたすべてのエントリは、［44］

ことを考慮する必要がある。さらにスペクト

NMR-STAR お よ び NMR メ タ ボ ロ ミ ク ス 分 野 で［49］

ルデータベースに登録された化合物を他の情報の標準である NMReDATA データ形式

で配布

源（例：PubChem、ChEBI）と相互参照するためしている。また、NMR スペクトルデータベースには、分子固有の識別子が必要であり、原子名もで測定された BRUKER 形式の生データ（FID）に

データベースに依存せずに一意に識別できたほ

ついて、BMRBj は、NMR メタボロミクス分野の

総説論文
トピックス
図4

登録者本人のみがアクセス可能で、BMRBj のアノテーション結果を確認できる Web ページの様子。
PubMed ID を入力し、緑のボタンを押すことで、引用文献を更新して BMRB エントリーを公開する要請ができる。このページの底部には、注意事項やエラーメッセージ、様々な統計情報が提供される。
122

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2
［50］の場をお借りして厚く御礼申し上げます。なお、に変換して配布している。このように、BMRB、

本 稿 の 内 容 は、 コ ネ チ カ ッ ト 大 学 の Jeffrey C.

BMRBj の両グループは、NMR コミュニティーがHoch 博士らが率いる BMRB グループの研究成果主導する標準技術の普及について連携して取り組を含んでいます。

んでいる。

5. 議論
設立から現在まで 27 年の間、BMRB はオープ
ンデータの原則に則り、BMRB コアアーカイブを維持してきた。この活動によって、NMR 研究
者は研究論文で使用した実験データを永続的に保管できており、NMR データの標準化の恩恵を享。現在も、BMRB グループは構造

制限情報のフォーマット分断に伴う再利用性や相互運用性の問題解決に積極的に取り組んでいる。BMRB コアアーカイブは、これまで数多くの NMR 解析ソフトウェアの発展を促した一方、

BMRB 自身もその成果を取り入れてアーカイブを補強、拡張している。また、NMR に関連する
ソフトウェアのリポジトリ（NMRbox）や生デー
タ の 共 有 の 環 境（BMRbig）を 提 供 す る こ と でNMR コミュニティーに還元しようとしている。
NMR コミュニティーの研究が活発であり、生成された実験データの再利用の価値が認識されることによって、BMRB の存在意義を見出すことが
［52］

できるため

、今後も BMRB は NMR コミュニティーと協力しながら共に進んでいくと確信している。

6. 終わりに
繰り返しになるが、2023 年春に公開された NMR-

STAR/NEF 統合データファイルのアーカイブは、
NMR で構造決定された原子座標モデルと照らし合わせて機械学習することで、構造モデルの妥当性評
価技術や高精度な NMR 構造決定ソフトウェアの進展につながるのではないかと期待している。フォー
マットが統一され、大量の構造制限情報が揃った本
年は、NMR 構造解析分野におけるデータ駆動型研究を始めるのにまたとない良い機会ではないかと思
われる。

7. 謝辞
本稿に関する研究は、BMRBj グループの藤原
敏道先生、児嶋長次郎先生、宮ノ入洋平先生、岩田武史研究員、PDBj グループの栗栖源嗣先生の多大な貢献により遂行することができました。こ

13

巻

［51］

受している

引用文献
［1］ Gymrek, M., & Farjoun, Y. Recommendations foropen data science. GigaScience, 5, 22 (2016).
［2］ Hoch, J. C., Baskaran, K., Burr, H., Chin, J., Eghbalnia, H. R., Fujiwara, T., Gryk, M. R., Iwata, T.,
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Celebrating our 20th anniversary during a global
pandemic as the Asian hub of three dimensional
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representing, archiving and exchanging data from
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Joosten, R. P., Keller, P., Moriarty, N. W., Sobolev,
O. V., Velankar, S., Vonrhein, C., Waterman, D. G.,
Kurisu, G., Berman, H. M., … Peisach, E. PDBx/
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Natassia, C., Yordanova, G., Yuan, D., Stroe, O.,
Wood, G., Laydon, A., Žídek, A., Green, T., Tunyasuvunakool, K., Petersen, S., Jumper, J., Clancy,

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

コミュニティーが提案している nmrMR 形式

123

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

総説論文
トピックス
124

E., Green, R., Vora, A., Lutfi, M., Figurnov, M.,...
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Peisach, E., Oldfield, T. J., Sen, S., Gutmanas,
A., Armstrong, D. R., Berrisford, J. M., Chen, L.,
Chen, M., Di Costanzo, L., Dimitropoulos, D., Gao,G., Ghosh, S., Gore, S., Guranovic, V., Hendrickx,
P. M. S., Hudson, B. P.,... Burley, S. K. OneDep:
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Chen, L., Crichlow, G. V., Duarte, J. M., Dutta, S.,
Fayazi, M., Feng, Z., Flatt, J. W., Ganesan, S. J.,
Goodsell, D. S., Ghosh, S., Kramer Green, R., Guranovic, V., Henry, J., Hudson, B. P., Lawson, C. L.,
Liang, Y.,... Zardecki, C. RCSB Protein Data Bank:
Celebrating 50 years of the PDB with new tools forunderstanding and visualizing biological macromolecules in 3D. Protein science : a publication of
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PDBe-KB: Providing high-quality, up-to-date andintegrated resources of macromolecular structures
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Gutmanas, A., Westbrook, J. D., Yang, H., Feng,
Z., Baskaran, K., Berrisford, J. M., Hudson, B. P.,
Ikegawa, Y., Kobayashi, N., Lawson, C. L., Mading, S., Mak, L., Mukhopadhyay, A., Oldfield, T. J.,
Patwardhan, A., Peisach, E., Sahni, G.,... Kleywegt,
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BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

13

巻

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https://github.com/wwPDB/py-wwpdb_utils_nmr［42］Fucci, I. J., & Byrd, R. A. nightshift: A Python
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Magnetic Resonance Data Bank. Protein science :a publication of the Protein Society, 31(1), 63–74(2022).
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A., Peters, H., Dizon, R., Sayeeda, Z., Tian, S.,
Lee, B. L., Berjanskii, M., Mah, R., Yamamoto, M.,
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Marcu, A., Grant, J. R., Moing, A., Deborde, C., deFigueiredo, L. F., Haug, K., Rocca-Serra, P., Easton,J., Ebbels, T. M. D., Hao, J., Ludwig, C., Günther, U.
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日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

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P., Apostolov, R., Shirts, M. R., Smith, J. C., Kasson, P. M., van der Spoel, D., Hess, B., & Lindahl,
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Thompson, J., Jacak, R., Kaufman, K., Renfrew, P.
D., Smith, C. A., Sheffler, W., Davis, I. W., Cooper,S., Treuille, A., Mandell, D. J., Richter, F., Ban, Y. E.,
Fleishman, S. J., Corn, J. E., Kim, D. E., L yskov, S.,...
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［34］Schwieters, C. D., Bermejo, G. A., & Clore, G. M.
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converter and restraint analysis software package
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Moraru, I. I., Romero, P. R., Ulrich, E. L., Eghbalnia, H. R., Livny, M., Delaglio, F., & Hoch, J. C.
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［40］Kinjo, A. R., Bekker, G. J., Wako, H., Endo, S.,
Tsuchiya, Y., Sato, H., Nishi, H., Kinoshita, K., Suzuki, H., Kawabata, T., Yokochi, M., Iwata, T., Ko-

125

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

M., Boelens, R., Bonvin, A., Kaptein, R., Bax, A.,
Bezsonova, I., Gryk, M. R., Hoch, J. C., Korzhnev,
D. M., Maciejewski, M. W., Case, D., Chazin, W.
J., Cross, T. A., Dames, S., Kessler, H., Lange, O.,

Madl, T.,... Yokoyama, S. In support of the BMRB.
Nature structural & molecular biology, 19(9), 854–
860 (2012).

総説論文

横地 政志（よこち・まさし）

1996 年 3 月 明治大学理工学部物理学科卒業

トピックス

1998 年 3 月 明治大学基礎理工学専攻博士前期課程修了 （理学修士）
1998 年 4 月 科学技術振興事業団 技術員
2002 年 6 月 北海道大学大学院薬学研究院 研究員
2007 年 7 月 北海道大学大学院先端生命研究科学院 研究員
2012 年 11 月 大阪大学蛋白質研究所 研究員
2022 年 10 月 蛋白質研究奨励会 研究員

126

127

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

総説論文：NMR 便利帳

タイムパフォーマンス向上

ブルカージャパン株式会社バイオスピン事業部アプリケーション部

金場 哲平
teppei.kanaba@bruker.com

1. はじめにイトを占めていることになります。同じサンプルについて複数の NMR 測定を行う場合、各測定ご

測 定 や 2D H- H COSY、TOCSY、NOESY、2Dとに緩和の待ち時間を設定することになりますが、

H- C HSQC、HMBC な ど 複 数 の NMR 測 定 を

NOAH、UTOPIA-NMR で は 一 度 の 緩 和 の 待 ち

実施し、それらスペクトルを総合的に解析して時間で複数の NMR 測定を行うことにより全体のいくことで構造決定を行います。これら一連の

NMR 測定時間の短縮を試みています（図 1）
。

1

1

13

1

13

NMR 測定を行うためには長い時間が必要になります。一連の NMR 測定の時間を短縮することは

2. NOAH

NMR 装置のマシンタイムの効率を向上させるた

NOAH は NMR by ordered acquisition using

めに重要となります。NMR 測定時間の短縮方法

1として様々な手法が開発されてきましたが、本稿表された方法です。名前に H-detection とあるよ

で は NOAH（NMR by ordered acquisition using

うに複数の H 検出の 2D 測定を一つのパルスシー［1〜3］
H detection）と UTOPIA-NMR（unified time-

ケンスとして実行します。このような測定を実

1

［4 ］

H-detection の略で 2017 年に Kupče らによって発
1

1

optimized interleaved acquisition NMR） と呼ば現するため、NOAH におけるそれぞれの 2D 測定れる方法について解説します。

のパルスシーケンスには工夫が凝らされていま

NOAH、UTOPIA-NMR で は 複 数 の NMR 測 定

す。一般的に低分子有機化合物の 2D NMR 測定が一つのパルスシーケンスで実行されます。つまに用いられているパルスシーケンスではグラジ

りこれらの測定法においては複数の NMR 測定がエントパルスを用いて観測したい H 磁化成分の一回の繰り返し待ち時間で実行されることになりみを取り出し、その NMR 信号を観測していますます。通常の NMR 測定では一回の積算ごとに繰

1
1313（例： H- C HSQC 測定においては C に直接結合り返し待ち時間、すなわち磁化が熱平衡状態に戻している H の磁化）。観測に寄与してほしくないる縦（T1）緩和のための待ち時間（図 1 の relaxation

磁化成分、すなわちバルクの H 磁化（例： H- C

delay）をとる必要があります。一般的な NMR のHSQC 測定においては 12C に結合している 1H の磁パルスシーケンスの時間が数ミリ〜数百ミリ秒程

化）はグラジエントパルスによって XY 平面上で度であるのに対し、縦緩和の待ち時間は数秒のdephase されており、NMR 測定において観測不オーダーに設定します。よって NMR 測定時間の可能な状態になっています。この dephase されて全体において緩和の待ち時間は非常に大きなウェ

いるバルクの H 磁化の中には他の種類の NMR 測

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定においては観測に使用したい H 磁化成分が含1

まれています（例えば H- C- C の H 磁化成分は
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HMBC の観測に必要）。そのため、もし一般的な2D 測定のパルスシーケンスを単純に複数つないで測定を行った場合には、後ろの測定で観測した
い磁化はすでに dephase されておりその感度は著しく低下することになります。NOAH 技術を用
図 1 NOAH、UTOPIA-NMR による NMR 測定時間の短縮 通常の NMR 測定（A）と NOAH、UTOPIANMR における NMR 測定（B）の模式図
受領日：2023 年 11 月 30 日

受理日：2024 年 1 月 18 日

いた連続 2D 測定のシーケンスではこのバルクの1

H 磁化が前半のシーケンスの途中で Z 方向に保持されるようにデザインされています。Z 磁化は編集委員：池上 貴久

13巻

低分子有機化合物の NMR 解析では 1D H、 C
1

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

NOAH、UTOPIA-NMR による NMR 測定における

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

グラジエントパルスの影響を受けませんし、またが照射される部分に着目しますと f → g、h → i の横磁化よりも長くコヒーレンスが維持されやすい

間にそれぞれ G1 のグラジエントパルスが照射さです。保持されているバルクの H 磁化を用いてれます。この間バルクの磁化は XY 平面上にあり続く別の 2D 測定を直ちに開始する、というのがますのでこれらグラジエントパルスの影響を受け

NOAH のパルスシーケンスの基本的な原理です。

ます。しかし間に H の 180 度パルスがありこの部

NOAH の単純な例として、2D 1H-13C HSQC と分はグラジエントエコーとなっているため、この

2D H- C HMBC をつないだパルスシーケンスを二つのグラジエントの影響は打ち消されます。ま図 2 に示します。こちらのパルスシーケンスを通た G2 のグラジエントパルスが照射される時にはして磁化の挙動について具体的に考えてみます。

バルクの H 磁化は Z 方向を向いています（図 2C

図 2B の前半部分が NOAH で用いられている典型の l）。そのためバルクの 1H 磁化はこのグラジエ的な HSQC のシーケンス、後半部分が HMBC のントパルスの影響を受けません。最終的に HSQC

シーケンスです。どちらも Echo-Antiecho タイプのパルスシーケンス終了時にはバルクの H 磁化のシーケンスです。通常の Echo-Antiecho タイプ

はグラジエントパルスの影響を受けていない状の HSQC のシーケンスではコヒーレンス選択のた態で Z 方向に保持されていることになります。こめのグラジエントパルスが t1 展開期の後に挿入さの バ ル ク の H 磁 化 に は HMBC の 検 出 に 使 用 す

れますが、NOAH で用いている HSQC のシーケ

る H の磁化成分も含まれています。よってこのンスでは展開期の前後に二つに分けて挿入されて直後に HMBC のパルスシーケンスを開始するこいます。このような形でも C に直接結合していとができます。なお図 2B では HMBC 部分につる H の磁化成分を選択することは可能です。そいても NOAH タイプのシーケンスを示していま

れ以外のバルクの H 磁化の挙動を図 2C にベクトす。そのため HMBC シーケンスの直後に COSY

ルモデルを用いて示します。グラジエントパルス

等の別のシーケンスをつなぐことも可能です。さ

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総説論文 NMR 便利帳
128

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図 2 NOAH HSQC と HMBC 測定のパルスシーケンス （A）NOAH での HSQC と HMBC 測定の模式図。
（B）
パルスシーケンスの模式図。図中の黒塗りの四角形は 90 度パルス、白塗りの四角形は 180 度パルスを表す。位相が示されていないパルスは位相 x となる。d1 は繰り返し待ち時間（relaxation delay）、δは 1/4 JCH、δʼは1/2 JCH、Δは 1/2 JCH（long range）に対応するディレイとなる。また t1、t2 は HSQC シーケンスの展開時間と取り込み時間、t 3、t 4 は HMBC の展開時間と取り込み時間を表す。t 1、t 3 ポイントのインクリメントは同時に行う。グラジエントパルス G 1、G 2、G 3、G 4、G 5 の強度はそれぞれ± 40 G/cm、20.1 G/cm、± 6.6 G/cm、40 G/cm、20.1 G/cm となる。Echo-Antiecho セレクションのために一つの t 1、t 3 ポイントについて G 1、G 4 の（C）図 2B の a-l におけるバルクの 1H 磁化の挙動を示す。
符号を変更した二つの FID を取得する。

129

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

らに COCONOSY［5］の手法を組み合わせることでケンスの後にただちに 1D C のパルスシーケンス

HSQC → HMBC → COSY → NOESY という 4 種類を開始することができます。またこちらのシーケの測定を一度に行うようなパルスシーケンスも存

ンスのサイクル数は {2D NOESY の積算回数 } ×

在します。

{F1 軸（間接観測軸）のポイント数 } になります。

13

3. UTOPIA-NMR

にあたります。 H 検出の測定に比べ C 検出の測113

定は一般的に感度が非常に低くなりますが、2D

発 表 さ れ ま し た。NOAH で は 複 数 の H 検 出 のの 1H 相関測定と 1D 13C 測定を組み合わせること

2D 測定を組み合わせて測定を行っていましたが、で積算回数のバランスもとれていることになりま

UTOPIA-NMR と呼ばれる測定では異なる核種で検13す。こちらで紹介しました 2D NOESY と 1D C の出を行う複数の測定を一つのパルスシーケンスで実測定は、パルスシーケンスとしては単純な部類に行します。Viegas らの論文においては 3D（ H, H,

なると思います。しかしこの測定では一回の測定

N）NOESY TROSY（ H 検 出 ）と C- C FLOPSY

で異なる核種の FID 直接検出を行うことになりま（ C 検出）の組み合わせなど、安定同位体標識されすのでレシーバーユニットを複数搭載した NMR

たタンパク質サンプルに適用する測定がメインとし分光計など、特殊な構成の装置が必要です。

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て報告されています。同論文において低分子有機化合物のサンプルに適用可能な 2D H 相関測定と
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1D C 測定を組み合わせた測定も報告されており、
13

4. NOAH 、UTOPIA-NMR での測定例
NOAH、UTOPIA-NMR のパルスシーケンスを用いて測定を実行した例を図 4 に示します。測定

本稿ではこちらについて紹介します。

UTOPIA-NMR の 例 と し て 2D H- H NOESY とサンプルには有機低分子化合物のストリキニー

1D C（inverse gated H decoupling）を一つの実

ネを用いました。NOAH での HSQC と HMBC 測

験として測定するパルスシーケンスを図 3 に示し定の繰り返し待ち時間は 1.5 秒、積算回数は 2 回、ます。最初の 2D NOESY では H の磁化を観測し、F2 軸（直接観測軸）のポイント数は 1,024、F1 軸

続く 1D C 測定では C の磁化を観測します。2Dのポイント数は 128 に設定しました。また HSQCNOESY のパルスシーケンスの間、 C の磁化はに は C multiplicity-edited タ イ プ の シ ー ケ ン ス

ずっと Z 方向を向いており、グラジエントパルスを用いました。この実験の測定時間は 8 分でしの影響も受けません。そのため 2D NOESY のシー

た。HSQC、HMBC を同じ条件で別個に実行す

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るとそれぞれ 7 分程度かかります。NOAH で測定を行うことにより測定時間をおおよそ半分に短縮することができました。UTOPIA-NMR では

2D NOESY における繰り返し待ち時間を 3 秒、混合時間を 1 秒、積算回数を 4 回に設定し、F2 軸のポイント数を 2,048、F1 軸のポイント数を 128 に設定しました。この時の 1D C の積算回数は 4 ×
13128 ＝ 512 になります。また 1D 13C 測定におけるポイント数は 65,536 に設定しました。こちらの条件での測定時間は約 50 分でした。同じ条件で

NOESY、1D 13C を別々に測定する場合、それぞれ 40 分前後の時間が必要になります。こちらの
図 3 UTOPIA-NMR、2D NOESY と 1D C 測定のパ
ルスシーケンス （A）UTOPIA-NMR での 2D NOESYと 1D 13C 測定の模式図。
（B）パルスシーケンスの模式
図。図中の位相φは {x, -x}、t2,P におけるレシーバーの位相は {x, -x} となる。またτm は NOESY の混合時間を表す。t1,P、t2,P は NOESY における展開時間と取り
13
込み時間、t1,C は 1D C 測定における取り込み時間を表す。グラジエントパルス G1 の強度は 20 G/cm となる。
13

実験についても UTOPIA-NMR により測定時間を半分程度に短縮することができました。

5. 最後に
本稿では NOAH、UTOPIA-NMR について解説しました。これらの手法を使用することにより低分子有機化合物の構造決定に使用する一連の

13

巻

UTOPIA-NMR は 2016 年 に Viegas ら に よ っ て

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

13
このサイクル数が 1D C 測定にとっての積算回数

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

図 4 NOAH、UTOPIA-NMR を用いて測定した NMR スペクトル （A）NOAH のシーケンスで測定を行った 2D
1
H-13C HSQC、2D 1H-13C HMBC スペクトル。（B）UTOPIA-NMR のシーケンスで測定を行った 2D NOESY、

1D 13C スペクトル。これらの測定には 400 MHz AVANCE NEO 分光計、室温 2 重共鳴プローブを用いた。
NMR 測定にかかる時間を大幅に短縮することがUTOPIA-NMR の実行に必要なマルチレシーバーできます。また NOAH、UTOPIA-NMR による複を搭載した NMR 装置についても、以前は台数が数の NMR スペクトルの同時取得には測定時間短少なかったのですが近年では広く普及している

縮以外のメリットもあります。例えばサンプルがように思います。より身近に NOAH や UTOPIA-

不安定な場合、従来法を用いて複数の NMR 測定

NMR の測定を実行することができるようになっを順番に実行するとサンプルの経時変化によりてきておりますので、もしご興味のある方はこれ

スペクトルごとにピークの化学シフトが変化してらの測定をお試しいただければと思います。

しまうことがあります。このほか、NMR 実験によってはスピンロックやデカップリングによってサンプルの実温度がわずかに上昇することがあり、これも NMR スペクトルごとの化学シフトの変化を誘発します。このような各 NMR スペクト
ルにおける化学シフトの変化は NMR 解析の妨げとなります。NOAH、UTOPIA-NMR による NMR
測定では一つのパルスシーケンスで複数の NMR
スペクトルを測定するため、スペクトル間における化学シフトの変化を抑える効果があります。
本稿で紹介しました NOAH や UTOPIA-NMR を使用した NMR 測定を行うには専用のパルスシー
ケンス、もしくは特殊な装置構成が必要になります。NOAH の測定では様々な 2D 測定の組み合わせが可能ですが、それを実行するためにはその組
み合わせごとのパルスプログラムが必要です。最近では実行したい測定の組み合わせを選択することにより NOAH のパルスプログラムを自動生成
総説論文 NMR 便利帳［6］するサイトが公開されているようです

。また

引用文献
［1］ Kup č e, Ē . & Claridge, T.D.W. NOAH: NMR
Supersequences for Small Molecule Analysis andStructure Elucidation. Angew. Chem. Int. Ed. 56,
11779-11783（2017)［2］ Kupče, Ē. & Claridge, T.D.W. New NOAH modules
for str ucture elucidation at natural isotopic
abundance. J. Magn. Reson. 307, 106568（2019）［3］ Yong, J.R.J., Hansen, A.L., Kupče, Ē. & Claridge,
T.D.W. Increasing sensitivity and versatility in
NMR supersequences with new HSQC-based
modules. J. Magn. Reson. 329, 107027（2021)［4］ Viegas, A., Viennet, T., Yu, T.Y., Schumann, F.,
Bermel, W., Wagner, G. & Etzkorn, M. UTOPIA
NMR: activating unexploited magnetization using
interleaved low-gamma detection. J. Biomol. NMR
64, 9-15（2016)［5］ Haasnoot, C.A.G, van de Ven, F.J.M. & Hilbers,
C.W. COCONOSY. Combination of 2D correlated
and 2D nuclear overhauser enhancement
spectroscopy in a single experiment. J. Magn.
Reson. 56, 343-349（1984)［6］ Yong, J.R.J., Kup č e, Ē . & Claridge, T.D.W.
Modular Pulse Program Generation for NMR
Supersequences. Anal. Chem. 94, 2271-2278（2022)

金場 哲平（かなば・てっぺい）

2013 年 首都大学東京（現：東京都立大学）大学院理工学研究科分子物質化学専攻博士後期課程 修了2013 年 首都大学東京理工学研究科 研究員
2014 年 ブルカー・バイオスピン株式会社（現：ブルカージャパン株式会社）契約社員
2016 年 ブルカー・バイオスピン株式会社 入社 現在に至る

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BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

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会員便り：研究室便り

京都大学 化学研究所

鈴木 克明、梶 弘典
kaji@scl.kyoto-u.ac.jp

1. はじめに

当研究室には現在、9 名の教員・スタッフ、4 名の博士課程学生、6 名の修士課程学生、1 名の学部研究室から構成されており、化学を中心に、物理、学生が在籍しています。学部学生は毎年 1 ­ 2 名の生物、インフォマティクスに関する基礎研究を4 回生が配属され、修士課程には内部進学を含め各ベースとした先駆的、先端的研究を進めています。

学年 2 ­ 3 名の学生が配属されます。また、ここ数

また、協力講座として、京都大学のすべての理系

年は毎年 1 ­ 2 名、博士後期課程に進学する学生が研究科と連携しており（すなわち、化学研究所はいます。彼らは、基礎を重視しながら自主的に、ま理系の広い研究分野を網羅しており）、学際的なた、意欲的に研究を進めてくれています。

研究、新規分野の開拓を進めています。
そのなかで、我々の研究室は有機エレクトロ

2. 当研究室の装置群 ─ NMR を中心として

ルミネッセンス（有機 EL）に関わる諸現象を、分現 在、 当 研 究 室 で は、Bruker Avance III 800

子・電子のレベルから理解するとともに、高性能MHz（溶液・固体兼用）、600 MHz（溶液専用）、

有機 EL デバイスの実現を目指し、研究を進めて400 MHz（固体専用）、Avance NEO 600 MHz（固います。

体 専 用 ）、Avance NEO 400 MHz DNP-NMR（ 固図 1 梶研究室管理下にある NMR 装置とプローブ群

受領日：2024 年 1 月 4 日

受理日：2024 年 1 月 4 日

編集委員：野村 薫

13

巻

我々が所属している京都大学化学研究所は 30 の日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

京都大学 化学研究所 梶研究室

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

体専用）
、JEOL ECA 600 MHz（溶液専用）の計 6

3.1 ハイスループットスクリーニングによる台の NMR 装置を管理しています（図 1）。それぞ

優れた有機発光材料の設計・開発とれの装置には、標準的なプローブに加えて、cryo

高効率有機 EL デバイスの実現

プローブ、diffusion プローブ、0.7 mm、1.3 mm、発光材料の開発に関しては、従来の蛍光材料で2.5 mm、3.2 mm、4 mm、7 mm MAS プ ロ ー ブ、は起こり得なかった、三重項励起子から一重項励

5 mm static プローブ、光照射プローブ、電流励起

起子への変換（逆項間交差、RISC）が可能な新規プローブ等、特徴のある充実したプローブ群が備

熱活性化遅延蛍光（TADF）材料の開発に力を入え付けられています。

れています。物理化学ベースのスクリーニングに

これらの NMR 装置に加え、各種分光光度計、有より、有機 EL デバイス内で生じた励起子を 100％
［1］

機デバイス作製および評価装置、有機合成関連装の効率で光に変換することに 2015 年に成功し、置、ワークステーション等を設置しており、有機 EL

それ以来、高効率な青色発光材料や高速な RISCの基礎から応用にわたる研究を一貫して行うことがを示す材料など、世界最高性能を示す材料の実現できる、という点が大きな特徴となっています。

に成功してきました［2〜8］。最近では、マテリアルズ・
インフォマティクスを利用することにより、さら3. 研究活動なる高性能スクリーニング、広大な化学空間での上述の通り、我々の研究室では主に有機 EL デ

材料探索へと展開を進めています。

バイスに関する研究を行っています。有機 EL は、
電気（電荷）を光に変換する新しいデバイスです。
先人たちが、基本的に絶縁体である有機物質に電3.2 発光に関する速度定数の定量的予測と発光現象の包括的理解

流を流すという研究を始めたとき、その基礎研

また、最近では、定量的な電子遷移速度定数予究の重要性が理解されなかったことは容易に想像測法を開発し、輻射（蛍光、りん光）および無輻できます。しかし、それ以降の基礎、応用両面で

射失活、内部転換、項間および逆項間交差といっの進展により、現在では、スマートフォン、テレ

た、発光に関わるすべての電子遷移に対する速度

ビ、コンピュータ用ディスプレイ、さらには車載定数、また、量子収率を定量的に予測することに用といった、様々な局面での実用化が大きく花開成功していますきつつあります。一方、有機 EL デバイスにおけことなく計算のみによる定量的予測が可能になるる「電荷輸送や発光」の詳細に関する基礎科学はとともに、あらゆる時間スケールにおける励起子

未開拓な状況で、「有機分子がデバイス中でどのの時間発展を定量的かつ包括的に把握することがような構造をとっているのか」といったことすら可能となりました。

［9〜11］。これにより、実験をする

この速度定数予測法は、有機 EL のみでなく、明確にされていません。
このような状況のもと、当研究室では、有機 EL

様々な分野での応用が可能です。例えば、アルデバイスに関わる諸現象を、実験および計算の両

ツハイマー病発症の原因と言われている、アミロ

面から基礎的に理解すること、また、優れた特性

イドβペプチドの凝集を抑制する新規光触媒の開を有する有機 EL デバイスを実現すること、を目的発に本手法を用いています。この新規光触媒が凝として、「有機発光材料のハイスループット開発と集を抑制する触媒として機能すること、また、ス［1 〜 8］高性能有機 EL デバイスの実現」、「精密量子化

イッチング機能により、副作用が従来の触媒と比学計算に基づく発光過程の定量的予測と基礎的理

べて大幅に軽減されることを理論面から確証する［9〜11］

会員便り

解」、「マルチスケールシミュレーションに基づ［12〜15］く電荷輸送過程の定量的予測と基礎的理解」、

ことに成功しています（東大、金井先生、三ツ沼先生との共同研究。論文投稿中）。

［16〜28］「有機 EL の NMR 解析」の 4 つを柱として研究研究室便りに取り組んでいます。

3.3 マルチスケール電荷輸送シミュレーション

今回、これらの研究を概説することにより、な

これら、分子レベルでの開発・解析に加え、量ぜ NMR 解析が必要か、その重要性を理解してい子化学計算、分子動力学法、動的モンテカルロ法

ただいたうえで、最近の我々の NMR 研究の一端を併用したマルチスケールシミュレーションによを紹介させていただきます。

り、非晶凝集系における分子配向や電荷移動度
を、可変パラメータを一切用いることなく定量的

132

133

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2
［12〜15］

行っています［23、24］。デバイスの劣化に関しては、研究により、非晶凝集系における電荷の輸送挙動

溶液 NMR、特に、DOSY 測定により、その原因を分子レベルで明らかにすることも可能になりまを分子レベルで解明しています

す。現在、この研究を発展させ、計算機の中で有での構造解析としては、非晶膜にもかかわらず、機 EL デバイスそのものを再現する、in silico 有機

分子の配向がランダムではなく特定の方向に優先

EL の開発に向けて、研究を進めています。

的に配向していることを、DNP-NMR により、分［26］。デバイス中布を含めて定量的に解明することに成功していま

3.4 有機 EL の NMR 解析

［27］

す

上述の量子化学計算、マルチスケールシミュ。下記には、最近の研究例を 1 つ紹介します。

レーションにより、有機デバイスに関する電子・

3.5 DNP-NMR による発光分子の分子レベルでの極めて詳細な基礎的知見を計算面

コンホメーション解析
有機 EL では、注入された電荷（正孔と電子）が微視的レベルでの知見を実験的に得ることはいま再結合することにより励起子が生成し、その輻だ困難な状況にあります。その一つの理由は、有射失活により光を得ます。この時、一重項励起

機 EL デバイス中では、発光や電荷輸送を担う有子（S1）と三重項励起子（T1）が 25 ％：75 ％の比

機分子が非晶状態にあり、その構造が未解明なた率で生成しますが、従来の蛍光材料を用いたデめです。もちろん、そのような解析には NMR がバイスでは T1 は熱として失活するため、全励起最適であることから、我々は実験面からのアプ

子のうち最大でも 25 ％しか光に変換することがローチとして、NMR をベースとした基盤構築をで き ま せ ん で し た。 し か し、 最 近、S1 ­ T1 間 の［16〜28］。例えば、有機 EL に用いらエネルギー差（ΔE ST）を小さくすることにより、れる分子の発光特性を、 Al、 C NMR、また、室温での熱エネルギーで T1 から S1 への逆項間交進めています27

13［16、18、19］。

差（RISC）を起こさせることが可能となりました

また、GIPAW 計算により、さらに詳細な解析を（図 2a）。これは熱活性化遅延蛍光（TADF）と呼MQMAS 測定により明らかにしています

図 2 DNP-NMR による TADF 分子のコンホメーション解析。
（a）TADF の概念図。
（b）解析に用いた DACT-II の分子構造。
（c, d）DNP-NMR による天然存在比試料での 1D および 2D
15（xCSA） N NMR スペクトル。

13

巻

から得ることが可能となっています。一方、その日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

。このに予測することにも成功していますBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

ばれ、2015 年には、図 2b に示した DACT-II と名付けた分子により、励起子を 100％光に変換でき［1］

ることが実験的に示されました。

研究全体に関し、研究室のスタッフ、学生各位に深く感謝します。また、共同研究に携わっていた従 来 の 有 機 材 料 で は 不 可 能 で あ っ た RISC を

だいた方々に深く感謝申し上げます。現在、我々

可 能 に す る た め に はΔE ST を で き る だ け 小 さ く

は、JSPS 科 研 費 JP20H05840, JP20H05837（ 学 術する必要がありますが、それは、分子における変革領域研究「動的エキシトン」）、Core-to-Core プ

HOMO と LUMO を空間的に分離することによりログラム JPJSCCA20220004 の助成により研究を進可能となることが理論的に示されています。そめています。ここに感謝の意を示します。

のため、TADF 分子はこれまで、電子ドナー性
セグメント（D）と電子アクセプター性セグメン
ト（A）を結合させることにより設計されてきました。DACT-II もその構造を有しています。このD ­ A 結合型分子において、D ­ A 間のねじれ角βは HOMO と LUMO の重なりを変化させるため、結果としてΔE ST を大きく左右することになります。さらにβは、RISC に対するもう一つの支配因子であるスピン軌道相互作用に加え、S1 のエ
ネルギー準位や振動子強度にも大きく影響するた
め、RISC のみならず発光色や発光量子収率の支配因子にもなっています。したがって、このβを定量的に解析することは、TADF 分子およびデバ
イス特性の理解に極めて重要です。しかし、分子はデバイス中で非晶状態にあるため、その解析は困難でした。このような状況のもと、我々は、最近、DNP-NMR を用いることにより、同位体標識を行うことなく、このねじれ角βの平均値が非晶膜内において 52º であると、定量的に決定すること［28］に成功しました。現在、分布を含めた、さらに精密な解析を行いつつあります。

4. 最後に
以上、有機 EL の概説からはじめ、最後に、有機非晶薄膜中における、一つのねじれ角の定量的かつ選択的測定に成功した例を紹介させていただ
きました。
今回は、我々の研究室を紹介する機会を頂き、誠にありがとうございました。ここのところ、材
会員便り
研究室便り
134

謝辞

料設計や理論計算に力を入れてきましたが、それらに一通りの道筋がついたため、再び、NMR に注力していきたいと考えています。我々の研究に興味がおありの方は、是非、お声がけください。

文 献［1］ Kaji, H., et al., Nat. Commun., 6, 8476（2015）［2］ Suzuki, K., et al., Angew. Chem. Int. Ed., 54, 15231（2015）［3］ Wada, Y., et al., Appl. Phys. Lett., 107, 183303（2015）［4］ Miwa, T., et al., Sci. Rep., 7, 284（2017）［5］ Wada, Y., et al., Adv. Mater., 30, 1705641（2018）［6］ Wada, Y. et al., Nature Photon., 14, 643（2020）［7］ Kusakabe, Y., et al., Front. Chem., 8, 530（2020）［8］ Ren, Y., et al., Appl. Phys. Express, 14, 071003（2021）［9］ Shizu, K. & Kaji, H. J. Phys. Chem. A, 125 9000
（2021）［10］Shizu, K. & Kaji, H. Commun. Chem., 5, 53（2022）［11］Shizu, K., et al., J. Phys. Chem. A, 127, 439（2023）［12］Suzuki, F., et al., J. Mater. Chem. C, 3, 5549（2015）［13］Uratani, H., et al., Sci. Rep., 6, 39128（2016）［14］Suzuki, F., et al., Sci. Rep., 8, 5203（2018）［15］Kubo, S. & Kaji, H. Sci. Rep., 8, 13462（2018）［16］Kaji, H., et al., Jpn. J. Appl. Phys., 44, 3706（2005）［17］Kaji, H., et al., Chem. Phys. Lett., 401, 246（2005）［18］Kaji, H., et al., J. Am. Chem. Soc., 128, 4292（2006）［19］Nishiyama, Y., et al., Chem. Phys. Lett., 471, 80（2009）［20］Kaji, H., et al., Appl. Phys. Lett., 98, 113301（2011）［21］Fukushima, T., et al., Appl. Phys. Lett., 99, 223301（2011）［22］Nishiyama, Y., et al., Chem. Phys. Lett., 556, 195（2013）［23］Suzuki, F., et al., J. Phys. Chem. C, 117, 18809（2013）［24］Suzuki, F., et al., Chem. Phys. Lett., 605, 1（2014）［25］Fukushima, T., et al., J. Polym. Sci., PartB: Polym.
Phys., 57, 266（2019）［26］Fukushima, T., et al., AIP Adv., 5, 087124（2015）［27］Suzuki, K., et al., Angew. Chem. Int. Ed., 56, 14842（2017）［28］Suzuki K. & Kaji, H. J. Am. Chem. Soc., 145, 16324（2023）
以下、概説をご参考まで。
［29］鈴木不律、梶 弘典 日本核磁気共鳴学会機関誌 4 巻
p. 87（2013）［30］鈴木創、福島達也、梶 弘典『化学と工業』67 巻 4 号（2014）［31］梶 弘典 応用物理 86 巻 3 号 p. 220（2017）［32］梶 弘典 高分子 第 68 巻 12 月号 p. 664（2019）

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

135

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024
巻13

鈴木 克明（すずき・かつあき）

2007 年 3 月 京都大学 総合人間学部 卒業
2009 年 3 月 京都大学大学院 人間・環境学研究科 相関環境学専攻 博士前期課程修了
2012 年 3 月 京都大学大学院 人間・環境学研究科 相関環境学専攻 博士後期課程修了
京都大学博士（人間・環境学）

2012 年 4 月 京都大学大学院 人間・環境学研究科 博士研究員
2013 年 4 月 京都大学大学院 化学研究所 博士研究員
2016 年 3 月〜現在 京都大学 化学研究所 助教

梶 弘典（かじ・ひろのり）

1989 年 3 月 京都大学工学部 工業化学科 卒業
1991 年 3 月 京都大学大学院 工学研究科 工業化学専攻 修士課程 修了
1994 年 3 月 京都大学大学院 工学研究科 工業化学専攻 博士課程 所定の研究指導認定
京都大学博士（工学）1994 年 4 月 京都大学 化学研究所 助手
1998 年 4 月〜1999 年 3 月 文部省在外研究員（米国 Massachusetts 大学客員研究員）
2002 年 11 月〜2005 年 10 月 科学技術振興事業団さきがけ研究（秩序と物性領域）研究員
兼任

2003 年 4 月 京都大学 化学研究所 助教授（2007 年 4 月より准教授）
2009 年 4 月〜現在 京都大学 化学研究所 教授

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

会員便り：研究室便り

旭化成株式会社 基盤技術研究所
旭化成株式会社 基盤技術研究所

村上 公也、橋本 康博
murakami.kcg@om.asahi-kasei.co.jp
hashimoto.yv@om.asahi-kasei.co.jp

1. はじめにことによって網羅的な物質構造情報の デジタル

旭 化 成 株 式 会 社 基 盤 技 術 研 究 所 は、 コ ー ポ

蓄積 が可能となる。そしてデータ科学との融合

レート R&D である研究・開発本部に属する「分により、 物質構造特徴量 bank 構築 へとつなが析科学」と「計算科学」をコア技術とする研究所

る。さらに、性能発現の担い手である「物質構造で あ る。 近 年 は「 デ ー タ 科 学 」を 第 3 の コ ア 技情報」を「原料・プロセス情報」や「性能情報」と術の柱として成長させることで、演繹的、およ

紐づけることにより、マテリアルサイエンスのデび帰納的両アプローチの融合による物質設計のジタルでの形式知化や蓄積につながる。

transformation を 目 指 し て い る。 旭 化 成 の 主 要

一方、計算科学については、データ科学との融製造拠点である、川崎（神奈川県）、富士（静岡合により、in-silico 設計（計算機のみでの MI 材料

県）、守山（滋賀県）、鈴鹿（三重県）、水島（岡山設計）のアプローチが可能になる。実験系 MI で県）
、延岡（宮崎県）にラボをかまえ、全旭化成グの律速となる広い空間でのデータ取得が可能にな

ループに対する、新規開発における物質・材料設

り、計算科学が データ生成機能 という新たな計や、製造トラブルにおける根本原因究明、製造機能を獲得することになる。
このような分析・計算科学とデータ科学の融合改善などにおける原理原則（サイエンス）のアプ

により、 物質特徴量 Bank 化機能 、 データ生成

ローチでの貢献がミッションである。
さて、数年前よりマテリアルズインフォマティ

機能 、 材料設計機能 、そして サイエンスデジ

クス（MI）が脚光を浴びており、企業での開発ア

タル蓄積機能 、という非従来型価値提供へと変プローチが大きく変わろうとしている。そのなか容をとげていくことになる。すなわち、製造業にで、分析・計算部門の役割も大きく変わろうとしおける、イノベーション創出の DX（デジタルトラている。MI は、「原料＆プロセスデータ」と「性ンスフォーメーション）の根本的な基盤となる。

能データ」の相関を機械学習・ディープラーニン

会員便り
研究室便り
136

グ等のデータ科学でモデル化し、最適性能を発現

このような変容、とくに 物質特徴量 Bank かしうる「原料＆プロセス条件」を統計・帰納的にらの物質設計 という観点において、「いままで探し出す手法である。ただし、その最適条件が観えなかったものを観えるようにする」NMR の

ベスト性能を発現できる理由（原理原則）に対し重要性がますます増していく。一番の魅力は、実ては解を与えてくれない。そこで「原料＆プロセに多種多様な NMR 計測＆解析技術（理論的アスデータ」⇔「物質構造」⇔「性能」のように、物

プローチ）により、一次構造や高次構造から動質構造も含めた演繹的アプローチに資する情報プ的情報まで、微量・複雑・網羅的な物質情報をラットフォームの構築が重要となる。

引き出すことができることである。一方で、初物質構造は化学構造・高次構造・モルフォロ

心者でも気軽に素早く取得できるルーチン NMR

ジーなど階層的で複雑な アナログ情報 である。

（1H-NMR、TD-NMR のような）においても、性構造を定量的に定義づけすることすら難しい場

能 の 異 な る 多 数 サ ン プ ル の NMR デ ー タ か ら、面が多い。ここで NMR などの分析科学の重要なデータ科学による演繹的アプローチによる情報取出番となる。NMR スペクトルなどの分析データ得が可能である。人による解析アプローチでは気は複雑な構造情報を含有したデジタルデータでづくことの難しい、ちょっとした ショルダー 、ある。種々分析スペクトルデータを組み合わせる

ピークのふくらみ などの性能への寄与などの受領日：2023 年 12 月 15 日

受理日：2024 年 2 月 26 日

編集委員：菊池 淳

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

合物、無機材料、タンパク質、高分子材料等を精緻な演繹的データ解析に加えて、②多量ルーチ扱っており、構造同定、組成解析、相互作用解

ンデータからの帰納的解析――の両輪が我々製造

析、分子運動性解析等に取り組んでいる。これら業にとって重要となる。②については、ハイスを可能とするために我々は役割が異なる複数の装ループット測定技術や、取得した大量データの自置を保有している。表 1 に我々の保有装置と主な動解析がイノベーションの源泉となる。

用途を示し、図 1 に富士のラボにおける NMR 室の様子を示す。守山を除く各拠点に溶液 NMR 装
置または固・液両用の汎用 NMR 装置を配して現できているかどうかはさておいて（苦笑）、われ場でのタイムリーな分析を可能としている。ルー

われ分析技術の transformation により、イノベー

チン測定用装置については研究所外にも開放し、ションの やりかた を革新していこうという想材料開発者自身での NMR 利用も可能としていいで、日々悩みながら模索・挑戦している。ぜひる。一方で使途を限った応用機は主に富士に集約

同じ分析をなりわいとする専門家同士で、いろいしている。高感度溶液 NMR 装置は高分子鎖の分

ろ悩み相談をさせて頂ければ幸いである。

岐や末端などの微小な構造が材料物性に及ぼす影響の解明に用いられている。高磁場 NMR 装置は

2. 研究対象と保有 NMR 装置の利用法

主に四極子核の測定に用いており、機能発現部位

弊社の事業はマテリアル領域、住宅領域、ヘルの構造解析を通じた触媒設計の改良や無機コンク

スケア領域の 3 つからなっており、マテリアル領

リート材料の強度や耐久性の向上等を図ってい域だけでも石油化学製品、電解槽、電子材料、水る。汎用固体 NMR 装置については不溶物の組成

処理膜、エンジニアリング樹脂等の幅広い製品を解析のほか、高分子材料の高次構造解析を通じて扱っている。我々の研究所が扱う材料も同様に幅製造条件変更時の材料の構造変化の解明や、明ら広い。NMR 解析の対象に限定しても、低分子化

かになった構造と材料物性との相関解明等に使用

表 1 基盤技術研究所の保有装置およびその主な利用法
保有拠点 分類
川崎

汎用
溶液

富士

鈴鹿
水島
延岡

固体
緩和
拡散
溶液
溶液
汎用
溶液

メーカー
JEOL
JEOL
JEOL
BrukerJEOL
Bruker
BrukerJEOL
JEOL
Bruker
Bruker
Bruker

磁場強度（MHz）
500
500
400
600
700
500
20
600
400
400
500
400

位置づけ
固体、溶液
固体、溶液
汎用機
クライオ（高感度）
高磁場 固体 , 溶液
汎用機 固体卓上、緩和測定専用
拡散測定専用
汎用機
汎用機
固体、溶液
溶液

図 1 富士の NMR 室の外観と保有装置

主な用途
有機構造解析
有機構造解析
有機構造解析
有機微量解析
無機化学構造解析
高分子固体構造
高分子固体構造
イオン拡散評価
有機構造解析
有機構造解析
有機構造解析
有機構造解析

13

巻

我々基盤技術研究所において、上記の活動が日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

情報抽出が得意である。①従来からの１点モノの137

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

している。緩和測定専用の卓上 NMR 装置には高実施し、交換ピークの大きさが出力特性と相関す

磁場固体 NMR 装置のようなスペクトル解析がでること、つまり層間の界面におけるイオン拡散速きない欠点はあるものの、スループットよく大量度の制御が電池性能の制御に重要であることを解の試料が測定でき、試料間比較が容易であるた

明し、さらなる材料開発へ貢献した。

め、高磁場 NMR 装置とは使い分けて活用している。拡散測定用装置は基盤技術研究所保有装置のついで、データ科学との組み合わせ例について

なかでも特徴的な装置であり、以前にも本誌にお紹介する。詳細について開示できず恐縮である［1］。磁場勾配ユニット

が、高分子化合物を主成分とし、複数のオイルやが付属しており、後述するセパレータ中のイオン添加剤が含まれる他社製品がある。その中に含ま

拡散のような、液体単独での拡散より遅い拡散現れる添加剤の同定が設計思想の解明にとって極め象をとらえることができる。これらの装置群を活て重要であるが、着目する添加剤群の多くが炭化用し、時に他の分析手法やデータ科学技術と組み水素系のほぼ類似の化学構造をとっており、かつ合わせながら我々は課題解決に取り組んでいる。

それが非常に複雑なために明確に化学構造を決定

いてその活用例を紹介した

できない問題がある。そこで我々は、従来行って

3. NMR を利用した材料開発事例

きた分離分析と肉眼での判別だけでなく、機械学

本報では、拡散測定用装置の新規活用例と近年習による類似度評価を行って添加剤構造を NMR

新たに取り組んでいるデータ科学との組み合わせ

スペクトルによって定義づけ（すなわちデジタル

例の 2 つを紹介したい。

化）するとともに、添加剤同定の省力化および高弊社の製品の 1 つに、リチウムイオン電池内で速化を図った。まず、添加剤の標品約 100 種を入電極同士の接触による短絡を防ぐための部材であ

手のうえ、 H NMR や他いくつかの分析手法を用るセパレータがある。これはポリオレフィンを主いて網羅的にこれらの分析データを取得した。そ成分とした高分子多孔質膜であるが、安全性向上の後、これらのデータの特徴量抽出を行って未のためにこれに無機層を塗工した無機塗工セパ

知試料の解析データとの類似度比較を可能としレータがある。一方で電池に求められる特性は安た。一連のデータ登録が完了した後に標品の添加

全性以外にも数多くあり、その中の１つとして出剤を使用した複雑な組成の他社製品模擬品を作製

力特性が挙げられる。セパレータは両極の絶縁をし、その抽出物の分析データと標品のデータの類保ちながら同時にイオンを透過させる役割も担っ

似度比較から添加剤同定が可能か検証した結果、ており、多孔質膜のどの部分がイオン拡散のボト

高い確率で結果が合致することを確認した。本検

1

ルネックであるか解明することは出力特性の向上に向けて非常に重要な意義を持つ。
そこで我々は、未塗工膜の単膜とこれに無機層を塗工した多層膜に電解液をしみこませ、パルス 磁 場 勾 配 NMR 法（Pulsed-filed Gradient Spin-

Echo NMR, PGSE. NMR）により各層における Li
イオンの拡散係数を算出することで、ボトルネッ
ク箇所の特定を試みた。短い∆（∆ =20 ms）を用いて各層内の拡散係数を評価した結果を図 2 に示
会員便りす。無機層中の Li イオンの拡散係数はポリオレ
フィン層中のものよりも高く、塗工層がイオン拡散のボトルネックとはなっていないことが確認で研究室便りきた。次に、各層間の界面が拡散のボトルネックとなっている可能性について検証するため、交換 NMR 測定を実施した。交換 NMR スペクトルと各成分の帰属および模式図を図 3 に示す。相関を移動する成分が交換ピークとして検出されている。我々は複数の多層膜についてこれらの解析を

138

図 2 ポリオレフィン膜単層からなる膜と塗工した無機層を含む多層膜における各層中の Li イオンの拡散係数

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

討を通じて、構造決定が難しい複雑な化合物で4. おわりにけが可能となり、データ科学との組み合わせが可は NMR ならではの情報抽出と、他手法／他技術

能となることが確認できた。これにより、①デジとの組み合わせに日々取組み、原理原則（サイエタルデータと物性との相関解析が可能となる、②ンス）のアプローチを通じた材料開発の加速を

従来の化学式によるものだけでなく多変量解析等図っている。今後 NMR 技術がどのような方向ににかけた際の構造の類似度の定量評価も新たに同発展していくのか、それによりどのような新た定手法に加わる、といった利点が得られるようにな「NMR ならでは」が生まれてくるのか、諸先生なった。加えて、NMR スペクトルには微小成分方のご助言も仰ぎつつ日々考え、今後の貢献に繋も含めて数多くの情報が含まれているため、これげていきたい。また、NMR 技術がどんな技術とを直接機械学習にかけることで人間が見落として組み合わさることでどのような付加価値がでるのいた微小ピークやわずかなショルダーの違いとか、これから NMR に関わってこられる若手研究

いったごくわずかな違いが物性発現・プロセス制

者の皆さんや他分野の専門家の方々との今後の共御のキー成分である事例もその後の検討で判明す

創も楽しみにしたい。

るようになった。このように、データ科学との組
謝辞

後大きく変わっていく可能性がある。データを短

PGSE-NMR による検討は旭化成株式会社 堀池

時間で大量に取得、あるいは既存データを有効に則子氏により実施されたものです。NMR とデー

活用できれば材料開発の加速が期待できる。今

タ科学との組み合わせに関する検討は旭化成株式

後、従来から取り組まれている新規分析技術の開会社 半村和基氏および鈴木孝氏により実施され発に加えて、標品のデータベース整備、短時間でたものです。感謝申し上げます。

の大量データ取得技術振興、簡易評価装置の開発
等、一企業では難しい取組みについてアカデミア
での取組みを期待するとともに、うまく産学連携を図ることでアカデミアの成果の社会実装へ貢献していきたい。

引用文献［1］ 橋本 康博，森川 卓也，吉野 彰，磁場勾配 NMR法の展開 〜電池材料中のイオン拡散挙動を評価
する〜，日本核磁気共鳴学会機関誌，Vol.6, 11 22（2015）.

図 3 多層膜中の電解液の Li イオンに着目した交換 NMR スペクトルと各成分の帰属および模式図。①ポリオレ
フィン層にとどまっている成分、②無機層にとどまっている成分、③ポリオレフィン層から無機層へ移動した成分、④無機層からポリオレフィン層へ移動した成分。

13

巻

本報で紹介したのはごく一部であるが、我々

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

も NMR スペクトルによるデジタルな構造定義づ

み合わせによりこれまでの材料開発の仕組みが今

139

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

村上 公也（むらかみ・きみや）

2011 年 東京工業大学大学院 物質科学専攻 修士課程修了
2011 年 旭化成株式会社 基盤技術研究所
2017 年 Daramic, LLC R&D Scientist（派遣）2018 年 旭化成株式会社 基盤技術研究所

橋本 康博（はしもと・やすひろ）

会員便り

1993 年 北海道大学大学院 農学研究科林産学専攻 修士課程修了
1993 年 旭化成株式会社 基盤技術研究所
1996 年 ペンシルバニア大学 派遣研究員

研究室便り

1998 年 オックスフォード大学 派遣研究員
2001 年 博士号取得（薬学 北海道大学）
2011 年 旭化成株式会社 新事業企画開発室 新事業戦略グループ 主幹研究員
2014 年 旭化成株式会社 基盤技術研究所 高分子解析グループ長
2017 年 旭化成株式会社 基盤技術研究所 技術部長
2021 年 旭化成株式会社 理事 基盤技術研究所長

140

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

1412023 年度学会顕彰：若手ポスター賞

今年度の『若手ポスター賞』には、29 名の応募があり、最優秀若手ポスター賞として 1 名、優秀若手ポスター賞として 2 名、若手ポスター賞として 4 名を顕彰しました。これらポスター賞には、昭光サイエ
ンス社と大陽日酸社からのご厚志による副賞の授与もおこないました。若手ポスター賞の趣旨や応募資（https://www.nmrj.jp/
格など、詳しくは第 62 回 NMR 討論会（2023）のホームページ「若手ポスター賞」

NMR2023/posteraward.html）を御参照下さい。

つのグループに分け、グループごとの応募者と審査員の比がなるべく均等になるように配置しました。
その上で、規定の選考方針に基づいて応募者の要旨・ポスター・発表の３項目を 1 演題につき 3 名の利益
相反の無い評価者により、総合点を 10 点満点で採点しました。その際、各審査員が担当の応募者について、標準的得点を 6 点として採点していただき、審査員の総合点の平均値がグループごとで大きく開かないように補正し、各応募者の評価としました。
評価が最も高い 1 名を最優秀若手ポスター賞として選び、賞状を授与し、副賞として昭光サイエンス・
大陽日酸賞と記念のトロフィーを贈りました。ついで、優秀若手ポスター賞２名に賞状を授与し、副賞としてそれぞれ大陽日酸賞、昭光サイエンス賞と記念のトロフィーを贈りました。さらに 4 名の若手ポスター賞受賞者を選び、2 社共同の副賞を贈りました。受賞者のお名前、所属、発表題目は以下の通りになります。

左から 村上＊ 1、岩田＊ 2、小林、林、Techit、藤原、熊谷、河端、上出＊1
太陽日酸メディカル事業本部 SI 事業部長
＊2
昭光サイエンス株式会社 代表取締役社長

選考委員代表：竹内 恒、松木 陽

13巻

選考にあたっては、まず 29 名の応募者について、登録された研究領域や評価者の人数などを考慮し 3

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

第 62 回 NMR 討論会（2023）
若手ポスター賞について

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

■最優秀若手ポスター賞（副賞：昭光サイエンス・大陽日酸賞）

P92Y

上出 友哉（かみで ともや） 京都大学 大学院理学研究科

14
磁気配向微結晶の N NMR■優秀若手ポスター賞（副賞：大陽日酸賞）

P86Y

河端 夏輝（かわばた なつき） 群馬大学

針状強磁性体を用いた ex-situ 固体 NMR による高分子薄膜材料のイメージング法の開発■優秀若手ポスター賞（副賞：昭光サイエンス賞）

P58Y

熊谷 咲里（くまがい さり） 横浜国立大学 大学院理工学府

固体 NMR による TaHeR のレチナール近傍の His23 と His82 の構造解析■若手ポスター賞（副賞：２社合同賞） 4 件

P26Y

一條 梨花（いちじょう りか） 千葉工業大学

フルオロキノロン化合物と RNA との相互作用解析：隣接する塩基対の影響の解析

P96Y

TRITRAKARN Techit（とりとらかーん てしっと） 東京工業大学 工学院

最適ソレノイドコイル形状に基づく NMR/MRI プローブ評価のための新しい統一指標

P12Y

林 成一郎（はやし せいいちろう） 九州大学

SH3 ドメインのフォールディングを 2 状態平衡条件でアミノ酸残基特異的に解析する
P16Y

小林 航（こばやし わたる） 千葉大学 大学院薬学研究院

In-Cell NMR 法を用いた動的構造解析に基づく Rac1 の細胞内活性制御機構の解明
各賞担当理事

２０２３年度学会顕彰
若手ポスター賞
142

竹内 恒、松木 陽

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

1432023 年度学会顕彰：進歩賞

当学会は 2020 年度に、「若手研究者を顕彰することによって、人材育成を通じて NMR 分野の発展に資すること」を目的とする「進歩賞」を創設しました。本賞の対象者は「NMR に関する研究成果が特に優れ、将来性が十分期待される 45 歳未満の本会一般会員」となっています。

2023 年度選考の経緯
今年度は 4 名の応募があり、理事会で推挙された 5 名の審査員と各賞担当理事からなる選考委員会を組評価を行いました。その際の点数の基準は、10 点（非常に優秀）／ 8 点（優秀）／ 6 点（標準）／ 4 点（やや力不足）
／ 2 点（力不足）としました。各選考員にはコメントも付していただきました。
選考委員会審査員（五十音順、敬称略）
相沢 智康（北海道大学）
大澤 匡範（慶應義塾大学）
武田 和行（京都大学）
平野 桐子（ブルカージャパン株式会社）
三島 正規（東京薬科大学）各審査員の審査結果を得て、2023 年 7 月 11 日、審査員全員および竹内 恒（各賞担当理事、選考委員会
委員長）、松木 陽（各賞担当理事、オブザーバ）、藤原 敏道（学会長、オブザーバ）で選考委員会（オンライン）を開き、さらに詳しく総合的に議論をしました。その結果、選考委員会は 2023 年度（第 4 回目）の受賞候補者として 2 名の方を選出し、理事会に報告しました。
その後理事会での承認を経て、下記の２名の受賞者が決定されました。選考結果は 2023 年 8 月 4 日
ニュースレターにて本会員全員に配信されました。本当におめでとうございました。

2023 年度進歩賞受賞者（順不同、敬称略）
川村出（横浜国立大学）

幸福

裕（東京大学）

上記の受賞者には第 62 回 NMR 討論会（横須賀）にて受賞講演を行っていただきました。さらに、会期中の表彰式にて、表彰状および後援企業の「日本電子株式会社」「ブルカージャパン株式会社」からのご厚志の報奨金と盾の副賞が贈られました（写真）。
進歩賞授与規定の詳細につきましては、HP をご覧ください。

選考委員代表：竹内 恒、松木 陽

13巻

織いたしました。審査は、審査員が応募書類をもとに過去２年間の審査形式にならって 10 点満点で絶対

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

「進歩賞」について

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

左から藤原 敏道 学会長、川村 出氏、幸福 裕氏、八島 秀仁氏＊ 1、末松 浩人氏＊ 2＊
1 ブルカージャパン株式会社 バイオスピン事業部 事業部長＊
2 日本電子株式会社 NM 事業ユニット ユニット長

２０２３年度学会顕彰
進歩賞
144

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

145

会員便り：海外学会参加報告

横浜国立大学 大学院理工学府 修士 2 年

熊谷 咲里

結合時に検出される特異的な信号を解析し、未だ若手研究者渡航奨励金のご支援をいただき、2023

不明である機能の解明に貢献すべく、研究を進め

年 8 月 20 日〜 25 日にオーストラリアのブリスベています。また、今までの種が有する極大吸収波

ンで開催された International Society of Magnetic

長とプロトン化シッフ塩基の NMR 信号との間のResonance（ISMAR）2023 に参加し、研究発表を相関から逸脱するユニークな特徴についても報告いたしました。本奨励金により、国際学会に参加しました。発表では、海外の研究者の方々に参加させていただいたことを、日本核磁気共鳴学会していただき、試料調製および測定条件、固体会長 藤原敏道先生、若手研究者渡航奨励金選考

NMR スペクトルの解析方法や結合部位の候補な

委員長 加藤晃一先生をはじめ、故京極好正先生、どについての質問・コメントをいただくことがで

故阿久津政明様、ならびにご家族と関係者の皆様きました。また、これまで自分自身の研究で行っに心より感謝申し上げます。

た こ と の 無 か っ た ESR 法 の 利 用 や MD シ ミ ュ

本学会の開催地であるブリスベンは、日中の気温が 211℃前後であり、乾燥した過ごしやすい気

レーションによる構造解析など、新たな研究方針を模索するきっかけになりました。

候でした。高層ビルが並ぶ都会的な雰囲気と、ブ

世界各国から集結した磁気共鳴研究者による口

リスベン川周辺の豊かな自然が共存する環境下で頭発表は大変興味深く、たくさんの学びがありまし

5 日間を過ごしました。2032 年夏季オリンピック

た。なかでも、MIT の P rof. Mei Hong によるアル

開催地に内定したこともあり、新しい地下鉄の開ツハイマー病などの脳神経疾患に深く関係するタウ

通など、都市開発が進められていました。

の凝集メカニズムを固体 NMR により解析した研究

私は「Solid state NMR study of zinc bound Ther-

発表に感銘を受けました。様々な NMR 測定手法を

moplasmatales archaeon heliorhodopsin」と い う

駆使しながら構造解析を行ったデータを、40 分間

題目でポスター発表を行いました。近年新たに発を通して生き生きと発表されている姿に圧倒されま見された微生物由来の膜タンパク質が金属イオンし た。 ま た、UNSW Mark Wainwright AnalyticalCentre の Dr. Aditya Rawal による固体 NMR を用いた様々な昆虫やクモ類から採取した絹繊維の構造を比較することで表現型の可塑性についての理解を深める報告も印象に残っています。クイズやジョークを交えながら聴衆全体を引き付ける発表スタ
学会会場にて（Brisbane Convention & Exhibition）

イルに惹き込まれました。
初めて国外開催の国際学会に参加し、最先端の研究者の方々に向けて自分の研究成果を発表できた
ことは、貴重な経験になりました。
世界中の研究者と交流・議論する中で受けた刺激を今後の研究活動

ブリスベンの街並み
ニュースレター掲載日：2023 年 8 月 31 日

ポスター会場にてに生かし、精進したいと思います。

13

巻

この度、日本核磁気共鳴学会の 2023 年度第 1 回

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

ISMAR 2023 参加報告書

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

会員便り：海外学会参加報告

ISMAR 2023 参加報告書
京都大学大学院 エネルギー科学研究科 博士 3 年

阪本 知樹

この度、日本核磁気共鳴学会 2023 年度 第 1 回
若手研究者渡航奨励金によるご支援を頂きまし
たことを日本核磁気共鳴学会会長 藤原敏道先生、若手研究者渡航奨励金選考委員長 加藤晃一 先生、
故京極好正先生、故阿久津政明様、並びに審査や今回の学会参加に関して多大なるご支援をくださいました日本核磁気共鳴学会関係者の皆様に厚く

写真左：ブリスベンの町並み
写真右：Brisbane Convention & Exhibition Centre

御礼申し上げます。
私は本奨励金を賜りまして、2023 年 8 月 20 日から

本国際会議は 3 つの prize lecture、13 の plenary

25 日、ブリスベンにて開催されました International

lecture、75 の invited lecture、 お よ そ 100 件 のSociety of Magnetic Resonance（ISMAR）2023 で研Poster Presentation から構成されていました。初究発表を行って参りました。以下は 6 日間にわたっ日である 8 月 20 日の日曜日、現地協会の方によるて開催されました本国際会議の参加報告となります。

アボリジニ方式のパフォーマンスを含む歓迎セレ
モニーから始まりました。このような開会式から

気候

始まる学会参加は初めてで、これが国際学会かと

夜や朝は少し肌寒く、日中は少し汗ばむくらいの、全体を通しとても過ごしやすい気候でした。

思い、わくわくする気持ちと、ここで発表をする
んだという緊張感が走りました。

真冬と聞いていたため、どれくらい寒いのだろう

そ の 後、3 件 の prize lecture が 始 ま り ま し た。

と少し怖い気持ちがありましたが、日本でいうと

Ad Bax 先生、Ajoy Ashok 先生のご講演と続き、5 月や 10 月くらいの気候に相当すると感じました。

なかでも Songi Han 先生（カリフォルニア大学サ

本 国 際 会 議 は 川 沿 い に 位 置 す る Brisbane

ンタバーバラ校）のご講演「The Shape of Water

Convention & Exhibition Centre で 開 催 され、こon ActiveSurfaces」に圧倒されました。生体分子の美しい川沿いの街で初めての国際会議に参加すの構造形成や相互作用を正確に捉えるために最もることができることを非常にうれしく思いました。

基本的で重要な分子である水分子の力学的、構会員便り
海外学会参加報告
開催初日、開会式直前
146

ニュースレター掲載日：2023 年 9 月 11 日

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2の DNA 三重鎖構造は私たちが in-cell NMR 法［7 〜 11］

核偏極、交差緩和、NMR だけでなく EPR も）にを用いて生きたヒト細胞内で原子分解能での構造よって特徴づけるという内容でした。

形成を世界で初めて示した

国際会議全体を通して、NMR だからこそアク［12］

構造のひとつでもあります。
今 回 は、 分 子 込 み 合 い 環 境 を 再 現 す る 試 薬の根源的でダイナミックなふるまいを捉えようと（Ficoll 70 および PEG 20）を用いて構築した系内する情熱を感じることができ、その空気は非常ににおける DNA 三重鎖構造の塩基対の開閉運動を、刺激的でした。また、AlphaFold2 などの立体構造

塩基対中のイミノプロトンと系中の水プロトンの予測ソフトや機械学習、MD などの実験以外の手交換速度の解析や R1ρ緩和分散測定によって特法と組み合わせていくことが今後の NMR 研究に徴付けました。分子込み合い環境では、排除体積

おいて重要であることが数多くの講演（Ad Bax 先

効果の増加、水分子の活量低下などが核酸分子

生の A look at the past and a glimpse at the futureの振る舞いに影響を与える要因として考えられま

of biological NMR、Xue Yi 先 生 の Visualizing

す。Ficoll 70 および PEG20 はそれらの効果をそれ

base pair stability and dynamics in RNA using

ぞれ再現することを想定して研究に用いました。

NMR spectroscopy and MD simulations をはじめ本研究では、これらの効果が DNA の三重鎖構とした数多くの講演）で協調されていました。

造そのものには大きな影響は与えず、しかし、鎖いつも論文で名前をお見掛けすることしか叶

全体の熱安定性、塩基対ごとの安定性、塩基対のわなかった国外の先生方（緩和分散測定において開閉運動のカイネティクスには影響を与えること

Ad Bax 先 生、Arthur Palmer 先 生、Xue Yi 先 生、を見出しました。

核 酸 分 野 に お い て Junji Iwahara 先 生、Micheal

NMR を用いた原子分解能の解析により、鎖全Sattler 先生、In-cell NMR 測定において Francois-

体に及ぼす影響は残基ごとに及ぼす影響の総和でXavier Theillet 先生）のご講演を聞くことができあることを見出し、その中でも全体の傾向に反すました。

る影響を受ける残基も見出すことができました。
これらの結果は、機能発現のために、実際の細胞

発

表内でのみ姿を現す残基の存在を想像させます。ま私は 3 日目のポスターセッションで「Analyzing

た、実際の細胞では排除体積効果の増加や水分Dynamics of Base-Pair Opening in DNA子の活量低下に加えて特異的、非特異的に相互作

Triplex Structures under Molecular Crowding

用するタンパク質も存在による影響により、まだEnvironment」というタイトルで発表を行いまし

見出されていない（鎖の分解能での振る舞いを観た。核酸が実際に働く細胞内は分子込み合い環境

察するだけでは見えてこない）核酸分子のダイナであり、このような環境では核酸の構造や熱力学

ミックで多様な（残基ごとの塩基対の安定性や局的な特性が希薄溶液環境とは異なることが報告さ所的なコンフォメーション変化が起点となる）機

れています。しかし、このような環境下における能発現が数多く存在していることを想像させます。

核酸分子 そのもの が持つダイナミックなふるま

本学会での発表は、初の国外での発表というこい（スナップショットでは見えない蠢きのようなともあり英語でのディスカッションに大きな不安

もの）に与える影響はほとんど知られていません。

がありましたが、皆様丁寧に聞いていただき、ま本研究では核酸の機能発現の基本的な要素の一た、国内から参加されていた先生方（竹内先生、

つである鎖どうしの対合や開裂の速度を特徴づけ

齋尾先生、北沢先生をはじめとした様々な先生［1〜4］に着目して研究を行いま方）に勇気づけるお言葉も頂き、終えることがでした。標的とする核酸には、相同組み換えタンパきました。渡航全体を通して、サイエンス、語学

ク質の標的となりゲノムの不安定性や多様性の創力、コミュニケーションや心構えの面など様々なる塩基対の開閉運動［5］、フリードライヒ運動失調症の発症（フラタ課題を見つけることができ、またその課題に対す

キシン遺伝子のイントロン中の GAA 配列の繰りる意見や解決策なども数多く頂き、考え見つめな返し数が増加することに起因する三重鎖構造の形

おす機会となる、ものすごく実りの多い出張とな

出［6］成による発現量の低下が発症原因） との関わりが指摘されている DNA 三重鎖構造を選びました。こ

りました。

13

巻

セスできる、分子の、オングストロームの分解能

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

造的、熱力学的な性質を様々な NMR 測定（動的147

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

さいごに本学会で発表した研究は、博士課程学生として所属する研究室である京都大学エネルギー理工学研究所 片平研究室で行われた研究です。指導教員である片平正人教授には素晴らしい研究環境を与えていただき、その遂行にあたって的確な助言をいただきましたことを心より御礼申し上げます。また同研究室の永田崇准教授、山置佑大助教には試料調製、NMR 測定などの実験操作をはじめ、データ解析などあらゆる面で研究生活を指導し支えてくださいましたことに多大な感謝の意を表します。また、データ解析や NMR 装置の維持管理にご協力いただきました近藤敬子研究員（現京都大学 エネルギー理工学研究所附属カー
ボンネガティブ・エネルギー研究センター特定准教授）、NMR 装置の維持管理にご協力いただきました才村正幸技術職員に感謝致します。そして、片平研究室の皆様に、研究以外の様々な面においても支えていただきましたことを深く感謝し致します。そして本研究は『特別研究員奨励費：

22J11061』の補助を受けて遂行されました。
最後に、本渡航で得た経験を、今後私が NMR研究者として日本核磁気共鳴学会において貢献するための力とし、日本核磁気共鳴学会のさらなる発展に貢献できるようさらなる研鑽を続けて参ります。改めまして、日本核磁気共鳴学会 2023 年
度 第 1 回若手研究者渡航奨励金によるご支援を頂
き ISMAR2023 にて研究発表をする機会を頂けましたことを、日本核磁気共鳴学会会長 藤原敏道
先生、若手研究者渡航奨励金選考委員長 加藤晃
一 先生、故京極好正先生、故阿久津政明様、並びに今回の学会参加に関して多大なるご支援をくださいました日本核磁気共鳴学会関係者の皆様に重ねて厚く御礼申し上げます。 ありがとうござ
いました。
会員便り
海外学会参加報告148

参考文献［1］ Bei Liu, Honglue Shi, Atul Rangadurai, Felix Nussbaumer, Chia-Chieh Chu, Kevin Andreas Erharter,David A. Case, Christoph Kreutz, and Hashim M.

Al-Hashimi, A quantitative model predicts how
m6A reshapes the kinetic landscape of nucleic acidhybridization and conformational transitions. Nat.
Commun ., 2021, 12, 5201.
［2］ Honglue Shi, Bei Liu, Felix Nussbaumer, Atul
Rangadurai, Christoph Kreutz, and Hashim M.
Al-Hashimi, NMR Chemical Exchange Measurements Reveal That N6-Methyladenosine Slows
RNA Annealing. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141,
19988-19993.
［3］ Atul Rangadurai, Honglue Shi, Yu Xu, Bei Liu, Hala
Abou Assi, John D. Boom, Huiqing Zhou, Isaac J.
Kimsey, and Hashim M. Al-Hashimi, Measuring
thermodynamic preferences to form non-native
conformations in nucleic acids using ultraviolet
melting. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A . 2022, 119,e2112496119.
［4］ Ayako Furukawa, Erik Walinda, Kyohei Arita, Kenji Sugase, Structural dynamics of doublestranded
DNA with epigenome modification. Nucleic Acids
Research , 2021, 49（2）, 1152-1162.
［5］ Guliang Wang and Karen M. Vasquez, Dynamic
alternative DNA structures in biology and disease.
Nor. Rev Genet . 2023, 24, 211-234.
［6］ Moganty R Rajeswari, DNA triplex structures inneurodegenerative disorder, Friedreich s ataxia, J.
Biosci. 2012, 37, 519-532.
［7］ Omar Eladle, Yudai Yamaoki, Keiko Kondo, Takashi Nagata, Masato Katahira, Complex Formation of an RNA Aptamer with a Part of HIV-1 Tat
through Induction of Base Triples in Living Human Cells Proven by In-Cell NMR. Int. J. Mol. Sci .,2023, 24（10）, 9069.
［8］ Omar Eladle, Yudai Yamaoki, Keiko Kondo, Takashi Nagata, Masato Katahira, Detection of interaction between an RNA aptamer and its target
compound in living human cells using 2D in-cell
NMR. Chem. Commun ., 2023, 59, 102-105.
［9］ Yudai Yamaoki, Takashi Nagata, Keiko Kondo, Tomoki Sakamoto, Shohei Takami, Masato Katahira,
Shedding light on the base-pair opening dynamics
of nucleic acids in living human cells. Nat. Commun ., 2022, 13, 7143.
［10］Yudai Yamaoki, Ayaka Kiyoishi, Masayuki Miyake,
Fumi Kano, Masayuki Murata, Takashi Nagata,
Masato Katahira, Phys. Chem. Chem. Phys ., 2018,20, 2982-2985.
［11］Yudai Yamaoki, Takashi Nagata, Tomoki Sakamoto, Masato Katahira, The first successful observation of in-cell NMR signals of DNA and RNA inliving human cells. Biophys. Rev ., 2020 12, 411-417.
［12］Tomoki Sakamoto, Yudai Yamaoki, Takashi Nagata, Masato Katahira, Detection of parallel andantiparallel DNA triplex structures in living humancells using in-cell NMR. Chem. Commun ., 2021,
57, 6364-6367.

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

149

会員便り：海外学会参加報告

東京工業大学大学院生命理工学院生命理工学系 修士 1 年

宗 月都昇させるためのパルス手法として Semi selective

回若手研究者渡航奨励金によるご支援を受け

Adiabatic Homonuclear CP（SSAH-CP）を開 発して、APNMR2023（Asia Pacific Nuclear Magnetic

ました。MAS 速度 90 kHz の条件、サンプルに 56

Resonance, Taipei, 6-9 September 2023）に参加致

残基を有するモデルタンパク質の GB1 を使用し、しました。本助成金により NMR の国際学会に参標準的に使われる DREAM 法と比較して平均約加させて頂いたことを、日本核磁気共鳴学会会長

1.7 倍の感度上昇を達成しました。ポスターセッ

藤原敏道先生、若手研究者渡航奨励金選考委員長

ションでは、10 名以上の方と議論することがで加藤晃一先生、故京極好正先生と故阿久津政明

き、今後の自分の研究に活かせるような質問や様、ご家族の皆様、並びに日本核磁気共鳴学会関

助言をたくさん頂きました。また、他の方の講係者の方々に心より御礼申し上げます。

演やポスターセッションを通じて、NMR 手法に

こ の 学 会 は、 台 湾 の 台 北 市 の National Bio

関する研究や NMR 装置を改良する研究等、最先

technology Research Park（NBRP）で令和 5 年 9 月

端の研究に触れることができました。特に、Tata

6 日〜 9 日に開催された、溶液及び固体状態の生体

Institute of fundamental research の Vipin 先 生 の分子や物質の NMR 法の開発や応用、また MRI や

芳香族側鎖と脂肪族側鎖を区別するための pulse

ESR も含めた幅広い研究分野に関する国際学会でsequences に関する研究や、京都大学の修士 2 年す。2005 年に横浜で第一回が開催されて以来数年の上出さんの N の四極子相互作用の影響を減らに一度開催されており、今回は台湾、日本、韓国

す装置に関する研究が非常に興味深かったです。

等のアジア諸国中心に 300 人以上の参加者が集ま

今回参加した APNMR2023 では、日本の研究者りました。

の方々だけでなく、海外の研究者の方々との交流

私 は、『E fficient Cα– CO selective magne13

13

tization transfer under ultra fast MAS for multi-

14ができ今後の研究生活において非常に良い刺激になったと感じました。

dimensional solid-state NMR』と い う 題 目 で ポ

最後に、私の APNMR2023 への参加にご支援いスター発表を行いました。高次元 NMR におい

ただいた日本核磁気共鳴学会に重ねてお礼を申して課題となっている Cα核と CO 核の間での

上げます。

13

13

選択的磁化移動効率を、超高速 MAS 条件下で上ニュースレター掲載日：2023 年 9 月 15 日

13

巻

こ の 度、 日 本 核 磁 気 共 鳴 学 会 2023 年 度 第 一

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

Asia Paciﬁc Nuclear Magnetic Resonance（APNMR）2023 参加報告書

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

NMR 学会からのお知らせ

日本核磁気共鳴学会の決定事項
2023 年度 通常総会

嶋田一夫

理化学研究所日時：2022 年 11 月 7 日（火）11：45〜12：45

高橋栄夫

横浜市立大学会

場：横須賀芸術劇場 大ホール

竹内

恒

東京大学

楯

真一

広島大学

藤原

敏道

大阪大学

1. 開会の辞

三島正規

東京薬科大学2. 会長挨拶（藤原）

宮ノ入洋平

大阪大学

3. 第 62 回 NMR 討論会（2023）世話人（浅野）挨拶

矢澤宏次

日本電子株式会社

4. 事業報告

山田

和彦

高知大学

出席者：106 名

委任状：83 名

合計 189 名

5. 2022 年度収支決算の承認＊

6. 2023 年度中間報告の承認

石井、竹内、藤原 、加藤、片平（2022 2023 理事）

7. 2024 年度収支予算案の承認
8. 2024 年度役員（評議員（2024-2025））の選任

会計監査 2022 2023（継続）9. 第 63 回 NMR 討論会（2024）世話人（相沢）挨拶

廣明

秀一

名古屋大学

10. 内藤晶先生を名誉会員に推戴（藤原）山口秀幸

味の素株式会社

11. その他
評議員（2022 2023）

12. 閉会の辞

会員数

＊

＊

学会からのお知らせ

N
M
R

150

相沢

智康

北海道大学

浅野

敦志

防衛大学校

芦田

淳

大澤

匡範

慶應義塾大学

日本電子株式会社

会員種別

2021 年9 月 30 日

2022 年9 月 30 日

2023 年9 月 30 日

正会員

388

390

381

木川

隆則

理化学研究所

学生会員

98

137

134

坂本

泰一

千葉工業大学

名誉会員

12

12

13

齋尾

智英

徳島大学

賛助会員

7

7

8

菅瀬

謙治

京都大学

合計

505

546

536

武田

和行

京都大学

西田

紀貴

千葉大学

定足数［一般会員 381 名（2023 年 9 月 30 日現在）
］

西山

裕介

日本電子株式会社/5 ＝ 76 名

平野

桐子

ブルカージャパン株式会社

資料に基づき全て承認された。

松木

陽

八木

宏昌

理化学研究所

谷中

冴子

九州大学

山内

一夫

沖縄科学技術大学院大学

役員名簿＊2022 年度現役役員名簿（会長

＊＊

副会長

）

評議員（2022-2023）

大阪大学

＊＊

相沢、浅野、木川、武田、松木（2023 2024 理事）

池谷

鉄兵

東京都立大学石井佳誉

東京工業大学

片平

正人

京都大学

員が選出、承認、新評議員会、新理事会により、

加藤晃一

自然科学研究機構

下記の理事、会長、副会長が選出、承認された。

児嶋長次郎

横浜国立大学佐藤

ブルカージャパン株式会社

一

2023 年度の選挙、通常総会により、下記の評議BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

151

評議員（2024-2025）
貴久

横浜市立大学池谷

鉄兵

東京都立大学石井佳誉

東京工業大学

梶

弘典

京都大学

片平

正人

京都大学

加藤

晃一

自然科学研究機構
横浜国立大学佐藤一

ブルカージャパン株式会社

楯

真一

広島大学

鳥澤

拓也

中外製薬株式会社

野田

泰斗

京都大学

野村

薫

サントリー生命科学財団

宮ノ入洋平

大阪大学

矢澤

宏次

日本電子株式会社

山田

和彦

理化学研究所

池 上、石 井、加 藤、野 村、宮ノ入（2024 2025 理事）会長：木川、副会長：浅野

13

巻

児嶋長次郎

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

池上

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

日本核磁気共鳴学会機関誌投稿規程（2022 年 10 月 22 日改訂）
日本核磁気共鳴学会機関誌（NMR 学会誌）は、

い て の ミ ニ レ ビ ュ ー。4000〜8000 字、2〜4

主に NMR に関する情報を公開し、会員の皆様のページ（図、表を含む）。

学術 交流を目的とした会員サービスを提供しま・総説論文：技術レポート

す。NMR 学会誌では、学会依頼記事、学術記事、

NMR の 装 置 や 測 定 方 法 の 開 発 に 関 す る レ

NMR 学会報告を掲載します。会員の皆様からは、ポート。4000〜8000 字、2〜4 ページ（図、表学術記事、および、NMR 学会報告の投稿を歓迎を含む）。

します。投稿原稿の採択の可否は、編集委員の査・総説論文：NMR 便利帳

読結果をもとに編集委員会で決定します。掲載さNMR 実験に便利な装置（ハードウェア）や実れた著作物の著作権は、本学会に帰属するものと

験方法・解析（ソフトウェア）の工夫、安全します。

衛生（磁場、高圧、高電圧、酸欠、毒物劇物）

原稿は下に示す原稿作成要領を参考に作成し、NMR 学会ホームページのトップページ（http://
www.nmrj.jp/index.php）にある NMR 学会誌ペーなどに関する分かりやすい解説。4000〜6000
字、2〜3 ページ（図、表を含む）。
・NMR 講座：NMR 基礎講座

ジの原稿投稿フォームから投稿して下さい。図や

主に NMR 討論会のチュートリアル講演者な

表を他の文献から引用して使用する場合には、投ど に よ る NMR の 基 礎 の 解 説。4000〜10000

稿前に著作権所有者から使用許可を得た上で、原字、2〜4 ページ（図、表を含む）。

稿投稿フォームから原稿と共に使用許可書（PDF）

NMR 学会報告（学会顕彰、会員便り、等）を提出して下さい。

・会員便り：海外学会参加報告
主に、若手研究者渡航費助成金受領者による原稿の分類寄稿。NMR ニュースレターとして公開される

学会依頼記事報告書でも可。会員からの寄稿も歓迎します。

（会長メッセージ、巻頭エッセイ、等）

2000〜4000 字、1〜2 ページ（図、表を含む）。

・会長メッセージ

・会員便り：NMR 研究室便り

NMR 学会会長からのメッセージ。2000 字以

主に NMR を使って研究を行っている大学や内、1 ページ。

公的機関、企業の開発室が、研究テーマ、構・巻頭エッセイ

成員、特徴など、研究室の内容を紹介する。

主 に NMR 討 論 会 特 別 講 演 者 か ら の 寄 稿。

NMR 学会、NMR 討論会との関わりなどにつ2000〜6000 字、1〜3 ページ（図、表を含む）。
・会員便り：若手 NMR 研究会便り

い て の エ ッ セ イ。2000〜4000 字、1〜2 ペ ー

若手 NMR 研究会の主催者による研究会報告、

ジ（図表を含む）。

参加者の報告、講演者の要旨の寄稿。4000〜

学術記事（研究論文、総説論文、NMR 講座、等）

8000 字、2〜4 ページ（図、表を含む）。

・研究論文：研究報告
学会からのお知らせ

N
M
R

会員が単著あるいは共著（非会員でも可）で投稿するオリジナル研究報告。6000〜12000
字、3〜6 ページ（図、表を含む）。
・総説論文：解説
著者の研究成果および関連分野の現状の分かりやすい解説。8000〜16000 字、4〜8 ページ

・和文は明朝体、英文は Times のフォントを用い、表題は 14 ポイント、本文は 12 ポイン
トで、doc または docx ファイルで作成してください。
・原稿は、表題、執筆者氏名・所属、本文、引（図、表を含む）。

用文献、表、図の順番にまとめ、1 つのファ・総説論文：トピックス

イルとして提出して下さい。

数年以内に発展した新しい NMR の展開につ152

原稿作成要領・巻頭エッセイ、解説、トピックス、研究報BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

告、NMR 基礎講座、技術レポート、NMR 便
提出してください。
・図は、TIF, JPG, PDF ファイルで 600 dpi 以上の解像度で作成してください。
・図、表には、番号を付すと共に、それぞれの説明を記入してください。
・引用文献は、次を参考にして書式を統一して［2］内藤 晶 , 光センサータンパク質の情報伝
達機能 . 化学 66, 68-69（2011）.
［3］Saito, H., Ando, I, & Naito, A. Solid StateNMR Spectroscopy for Biopolymers. Principles and Applications. 1-464（Springer,
2006）.
本文中には引用箇所の右肩に角括弧を付けた
数字で示して下さい。

下さい。

2012 年 10 月 22 日制定

Molecular dynamics simulation of bonbo-

2014 年 9 月 30 日改訂

litin II in the dipalmitoylphosphatidylcho-

2021 年 8 月 5 日改訂

line membrane bilayer. Biophys. J. 101,

2022 年 10 月 21 日改訂

1212-1220（2011）.

13

巻［1］Javkhlantugs, N., Naito, A. & Ueda, K.

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

利帳の執筆者は、略歴と顔写真のファイルを

153

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

賛助会員名簿

味の素株式会社
株式会社シゲミジャパン

スーパーコンダクタ

テクノロジー株式会社

昭光サイエンス株式会社
大陽日酸株式会社
日本電子株式会社
ブルカージャパン株式会社

Magritek

令和 6 年 2 月現在の本学会賛助会員は、上記の通りです。
本学会の事業への御賛助に対しまして、厚く御礼申し上げます。

学会からのお知らせ

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M
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154

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

委員長

野村

薫

サントリー生命科学財団

副委員長

相沢

智康

北海道大学

西山

裕介

日本電子株式会社貴久

横浜市立大学池谷

鉄兵

東京都立大学川村出

横浜国立大学菊地淳

理化学研究所

児嶋長次郎

横浜国立大学

齋尾

智英

徳島大学

佐藤

一

栃尾

尚哉

理化学研究所

鳥澤拓也

中外製薬株式会社

橋本康博

旭化成株式会社

福士

江里

北海道大学

松木

陽

大阪大学

三島

正規

東京薬科大学

村上

美和

東北大学

ブルカージャパン株式会社

13

巻

池上

日本核磁気共鳴学会 NMR 2024

日本核磁気共鳴学会機関誌編集委員会委員名簿（2022-2023 年度）

155

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2024 Vol.13 No.2

編集後記

NMR 学会機関誌 Vol. 13 をお届けします。当巻は例年以上に多岐に渡った内容になっており、NMR の可能性が感じられる機関誌に仕上がりました。執筆者の先生方にはお忙しい中、時間を捻出してご執筆頂いたこと、また、査読者の先生方にもそれに応えて丁寧に査読していただいたことに心より感謝いたします。今年の NMR 討論会は札幌で開催されますが、それにちなんで北大の福士先生に数回に渡った構造推定の演習をお願いいたしました。 未知化合物 X（エックス）の構造を推定せよ では最後にミッションが課せられていますが、X の構造は近日中にニュースレターでお知らせしますので、お時間が許せばそれまでに是非クリアして下さい。また、本機関誌には多くの企業や団体様から広告料をお寄せい
ただいておりますが、最近冊子体の希望者が減ってきたことを踏まえて Vol.13 では、（1）機関誌 HP に広告協賛企業、団体様のロゴを掲載する、（2）PDF 版では冬号だけでなく夏号でも広告を掲載する、（3）
広告が目立つよう目次ページの前に配置する、という試みを行い、少しでも広告が皆様の目に留まるよ
うにしました。まだ、どのような広告の形が効果的なのか模索している段階ですので、もしいいアイデ
アがありましたら機関誌編集委員にご提案いただけたら幸いです。
最後になりましたが、株式会社クバプロ 松田國博社長、阿部美由紀氏、関口房江氏、株式会社プロア
クティブ 中住美穂氏、広告掲載にて資金を援助してくださった企業、団体様には NMR 学会機関誌発行に向けて多大な御尽力を賜りました。編集委員を代表しまして厚く御礼申し上げます。

2024 年 2 月
日本核磁気共鳴学会機関誌編集委員長

NMR
Bulletin of the Nuclear Magnetic
Resonance Society of Japan

学会からのお知らせ

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Vol.13 No.1 & 2
2024 年 3 月 12 日発行
発

行：日本核磁気共鳴学会

編

集：NMR 学会機関誌編集室 株式会社クバプロ〒 102 - 0072 東京都千代田区飯田橋 3 -11-15 - 6F

TEL：03 - 3238 -1689 FAX：03 - 3238 -1837156

野村 薫