「揺らぎと生体機能」ニュースレター
No. 2926 April, 2011
第 2 期の公募班メンバーを迎えて寺嶋正秀（京大・院理、領域代表）の連携と融合を目指しております。自由に項目間を飛び越えた共同研究を期待しておりますし、属さない別この新学術領域「揺らぎと生体機能」も 3 年目に入の項目にふさわしい研究を独自で推進していただいても問題ありません。

り、これまでの成果が問われる時期が近づきました。
昨年の秋には、中間評価が行われ、計画班員と公募班

これまでもシンポジウムなどの機会があるたびに強員の共同研究状況などを含めた成果報告を行い、「揺ら調してきたことは、これは各個人の研究を推進する（そぎ」という必ずしも取り扱いやすいとはいえない研究れは基盤研究の範疇です）だけではなく、真に融合さテーマに積極的にチャレンジし、開拓的な研究を着実れた「揺らぎ」の分野を作るところにあります。そのに進展させているし、領域全体としてアクティブに活ために、公募班を含めたこの領域のメンバーには、物動している。従来からある生物物理学的研究にとどま理・化学・生物物理・工学・薬学・医学分野の優秀なることなく、真に新しい研究領域を形成することを期研究者が集められております。こうしたメンバーと共待する。
」という高い期待と評価をいただきました。こに種々の機会に議論できるのは、この新学術領域研究れも、これまでこの領域創成に参画していただいた方に参画していない（あるいはできなかった）研究者にたちのご協力のおかげと思います。これに甘んじることっては、すごくうらやましい限りの状況であると思となくさらに進展させていきたいと思っております。

います。皆さんにはぜひこのメリットをフルに活用しさて、こうした中で第 2 期（2011－2012 年度）の公てもらいたいと期待しております。

募がなされ、第 1 期と同様に、非常に多くの優秀な研早速ですが、別にメールでご連絡が行っていますよ

究計画の中から、35 名が選ばれました。多くの申請がうに、名簿原稿作成とともに、6 月に合同班会議が計あったということは、この領域のターゲットが多くの画されております。ここでは新たなメンバーを含めた研究者にとって魅力的であるためと思い、計画した目この研究領域の全体像を把握していただき、どういう的「揺らぎと機能との関係を明らかにする」は間違っ共同研究が可能かを探っていただく機会となります。ていなかったという認識を改めて感じました。そうし第 1 期から継続したメンバーは、すでに知り合いも多た「激戦」の中で採択された第 2 期公募班メンバーは、いでしょうので、その分アドバンテージがありますが、いずれもかなりの業績・力量をもった研究者であり、新しく公募班に加わっていただいた方もそれに追いつ非常に優れた研究計画を提案されており、これらのくようにお願いいたします。また、来年の 1 月には奈方々にこれからご協力いただけることを、心強く思っ良で公開ワークショップを計画しております。こちらております。にも全員のご参加と成果発表をお願いいたします。こ第 1 期目の時にも述べましたが、本新学術領域では、うした会合と班会議を取り掛りとして、活発な研究が展開されることを期待しております。

「揺らぎを観る」、「揺らぎをつくる」、「揺らぎを使う」
ための 3 つの研究項目を設定しており、今回の公募にまた、お手元に届いているような、ニュースレター

際しても「A01 揺らぎ検出項目」、「A02 揺らぎ制御項を毎月発行しております。論文・業績だけでなく、主目」、「A03 揺らぎと機能項目」の 3 つの項目のいずれ催した（あるいは本領域研究に関係し参加した）会合、かに属するような形式で公募いたしています。そのた

新聞発表、受賞（分担者も可）、その他「揺らぎ」に関め、以下の名簿が示しますように、各メンバーを各項係した記事・話題などがありましたら、ぜひ積極的に目に割り振る形で分類されておりますが、重要なこと代表・寺嶋、事務・片岡までご連絡をしていただけるは、決して活動内容はこの項目に縛られるわけではなと共に、このニュースレターでの公表をお願いいたしいということです。もともとこの新学術研究が、異なます。

る学問分野の研究者が連携して行う共同研究等の推進

本新学術研究によって、「揺らぎと生体機能」の分野により、既存の研究分野の枠に収まらない融合領域やをしっかりと作れるように、皆様のご活躍とご協力を異分野連携などの研究領域を見出し支援することを重お願いいたします。

点的に考えて作られたものでありますように、分野間

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公募研究採択者一覧
A01：揺らぎ検出石井林

邦彦（理化学研究所）

による一分子測定理論の創出

先端的な蛍光相関分光法を応用した生体分子の揺らぎ計測今元山村泰久（筑波大学・数理物質）

熱力学的手法による生体膜モデル系における揺らぎ泰（京都大学・理学系）の検出

蛋白質の選択的な相互作用に必要な蛋白質構造揺ら

A02：揺らぎ制御ぎの検出川上

久美子（東北大学・工学系）

統計力学基礎論・非平衡統計力学のブレークスルー

勝（北陸先端科学技術大学院大学・マテリアル

新井サイエンス）

宗仁（東京大学・総合文化）

ミュータノーム解析に基づく天然変性蛋白質の揺ら

１分子リフォールディング実験によるミオグロビンぎ制御の天然ー変性状態の揺らぎの解析楯
北尾彰朗（東京大学・分子研）

真一（広島大学・理学系）

天然変性タンパク質の過渡的構造形成の制御

タンパク質複合体形成・解離に関わるモードカップ
寺内

リング解析法開発一姫（立命館大学・生命科学）

２４時間周期で揺らぐタンパク質の制御機構
北原亮（立命館大学・薬学）
水口高エネルギー構造の解明による蛋白質構造揺らぎの峰之（富山大学・医学薬学研究部）

精神遅滞関連蛋白質ＰＱＢＰ－１の揺らぎと機能の可視化解明
櫻井一正（大阪大学・蛋白研）
湯浅

ＮＭＲによる折り畳み及びアミロイド形成前駆状態

順平（奈良先端科学技術大学院大学・物質創成）

発光性プローブを用いた光受容タンパクの揺らぎ制の特性化

御と検出
佐藤啓文（京都大学・工学系）

積分方程式理論に立脚した構造揺らぎの統計力学とA03：揺らぎと機能ダイナミックス

相沢関口博史（東京大学・新領域創成科学）

メインの揺らぎと分子認識機構の解明

高速１分子動態計測による膜タンパク質機能発現機構の解明
高田飯野

メージング法の開発

ら天然変性まで

伊野部智由（理化学研究所）

揺らぎを介したプロテアソームの基質認識機構

聡（東北大学・多元研）

タンパク質の高速揺らぎ運動と細胞内における安定

大澤性の一分子観測西村亮太（東京大学・工学系）

分子モーターの構造揺らぎを調べる超高速配向イ

彰二（京都大学・理学系）

蛋白質の大振幅ゆらぎの理論解析：構造変化経路か

高橋智康（北海道大学・先端生命）

タンデムリピートを持つ新規天然変性ＤＮＡ結合ド匡範（東京大学・薬学系）

ＮＭＲによる電位依存性イオンチャネルの動的構造と機能発現機構の解明

千秋（帝京平成大学・薬学）

天然変性アミロイド蛋白質の揺らぎ構造ＮＭＲ解析

大橋祐美子（理化学研究所）

蛋白質の揺らぎとアミロイドの構造の関係

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岡田誠治（熊本大学・エイズ学研究センター）

野口

細胞膜の揺らぎ修飾による造血器腫瘍の制御
鈴木

生体膜の膜融合ダイナミクス

元（名古屋大学・医学系）

浜田

遺伝的揺らぎと孤発癌病態解明に向けた統合的研究
竹内恒（産業技術総合研究所）

林廣田俊（奈良先端科学技術大学院大学・物質創成）

揺らぎによるシトクロムｃ多量体形成と機能

毅久（名古屋工業大学・工学系）

脂質・核酸複合体の動的構造と細胞内核酸送達機能

松本

相関の解明

陽子（崇城大学）

アポトーシス誘導による疾患治療と細胞膜の揺らぎ

希一郎（成蹊大学・理工）元島

人工揺らぎ環境場における糖鎖プロセシング解析
中野重彦（京都大学・理学系）

タンパク質機能におけるｐＫａ制御の分子機構

薬剤排出活性のＮＭＲ解析

戸谷大三（神戸大学・医学系）

蛋白質毒性凝集体の特性を決定する構造揺らぎ

原核生物多剤耐性トランスポーターの構造揺らぎと

出羽博司（東京大学・物性研）

史尋（京都産業大学）

シャペロニン援助フォールディングにおけるタンパ
ク質の揺らぎ制御の解析

実（京都大学・薬学）

中性子散乱法を用いた脂質膜非対称性の解消に関わる脂質－タンパク質相互作用の解明

平成 23 年度行事のご案内
班員の皆様は下記の会議にご出席下さい。詳細は別途お知らせいたします。

平成 23 年度合同班会議
日時：平成 23 年 6 月 26 日（日）～29 日（水）場所：ゆうばりホテルシューパロ（北海道夕張市）
世話人：加藤晃一（岡崎統合バイオサイエンスセンター）
E-mail: kkatonmr@ims.ac.jp

第 5 回公開シンポジウム
日時：平成 24 年 1 月 7 日（土）～8 日（日）場所：奈良市
世話人：片岡幹雄（奈良先端大）E-mail: kataoka@ms.naist.jp※引き続き 9 日～10 日に日韓生体分子科学セミナーが開催される予定です。

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業績紹介：電解質水溶液中におけるテロメア DNA の最安定構造【結果】 表1に NaCl 0.1 M水溶液中での各構造の全自松下 琢（崇城大学・A03 公募研究代表者）
上岡龍一（崇城大学・A03 計画研究代表者）
平田文男（分子研・A03 計画研究代表者）

由エネルギー及びその成分を示す。この結果よりNaCl
溶媒中ではbasket型が最も安定である事がわかる。これは実験による結果と一致している。propeller 型の構

論文題目："Solvent and Salt Effects on Structural Stability

造エネルギーは4つの中で最も安定であるが、溶媒和自of Human Telomere"

由エネルギーが最も高く溶媒中では不安定となる。こ

著者：Yutaka Maruyama, Taku Matsushita, Ryuichi Ueoka,のpropeller型はKイオン存在下での結晶中で発見されand Fumio Hirataていて、溶媒の影響が小さい場合に最も安定であると

雑誌巻号：J. Phys. Chem. B 115, 2408-2416 (2011)

説明できる。この結果により我々の手法がテロメアの構造安定性を調べるのに有効である事が確認できた。

【はじめに】テロメアは特徴的な繰り返し配列を持つ

次にKCl0.1M水溶液中での結果を表2に示す。NaCl

DNA の末端部分で、染色体の末端部分を保護してい水溶液の場合とは違い、chair型が最安定となった。

る。そのため癌の増殖や老化などの生命現象に密接にNaClと同様にpropeller 型の構造エネルギーとbasket関係している。テロメアは一般的な二重螺旋構造では型の溶媒和自由エネルギーがそれぞれ最も低い。

なく、陽イオンを中心に配置したグアニン四重構造

hybrid型はKイオン溶媒中として有望視されているが、(G-quadruplex)を形成する。このG-quadruplex形成におbasket型よりも不安定となった。

いて多様なループの可能性があり、いくつかの構造がまたG-guadruplex 構造においてイオンが位置する提案されている。また、中心に配置される陽イオンに部分には水が入りこまない事が確認された。一方、陽よって構造が変化する。Naイオン存在下の溶媒中ではイオンのピークは非常に強くバルクの水溶液に対してbasket 型と呼ばれる構造を取るが、Kイオン溶媒中でNaは40倍、Kは30倍以上の値を示した。

は複数の構造が提案されている。生体中ではNaイオン

以上の結果よりテロメアの構造は陽イオンの種類によりもKイオンの濃度が高く、Kイオン存在下での構よって変化し、Kイオン存在下の溶媒中ではchair型が造が重要だと考えられているため、盛んにその構造が安定である事が予測された。

研究されている。このKイオン溶媒中でのテロメアの表1 NaCl中での各構造のエネルギー (Kcal/mol)

安定構造を調べるために、イオン溶媒中で様々な構造

Ftotの全自由エネルギーを計算した。
【手法】イオン溶媒中でのテロメアの最安定構造を探basket索するために構造最適化プログラムと3D-RISMを組み

propeller

合わせた。溶媒中での溶質のエネルギーは全自由エネ

hybridルギーFtot によって見積もることができる。FtotはchairEconf

Δμ-4294.1

1886.6-6180.7-4257.6

1396.1-5653.7-4261.8

1652.0-5913.8-4267.4

1672.7-5940.1

Ftot = Econf +Δμと2つの成分に分割される。ここで Econf は溶質の構造

表2 KCl中での各構造のエネルギー (Kcal/mol)

エネルギーを、Δμは溶媒和自由エネルギーを表す。
Econf はAmberパラメータを用いて構造最適化プログラムで計算し、Δμは3D-RISMによって求められる。
さらに溶質が溶媒から受ける力を計算することでテロメアの構造最適化を行った。手法の整合性を確認するために、まずNaイオン溶媒中での計算を行い、次にKイオン溶媒中で構造最適化を行った。

4Ftot

Econf

Δμ

basket-4284.3

1849.7-6133.0

propeller-4251.4

1396.0-5620.4

hybrid-4271.6

1591.4-5863.0

chair-4299.7

1675.1-5974.8

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シンポジウム報告
International Symposium on Molecular Science ofFluctuations toward Biological Functions

Elemental Processes of Life Phenomena, revealed by the RISM/3D-RISM Theory
吉田紀生（分子科学研究所・A03 公募研究代表者）

末筆ながら、この震災の痛ましい犠牲となった方々に対し、つつしんで哀悼の意を表するとともに、被災者のみなさんに心からのお見舞いを申し上げます。

平成 23 年 3 月 28 日に、自然科学研究機構分子科学研 究 所 に お い て 、 "Elemental Processes of Life
Phenomena, revealed by the RISM/3D-RISM Theory"と題してミニシンポジウムを開催した。このシンポジウム
は本新学術領域のサポートを受け、国内外の若手研究者の方々にお集まり頂き、生体分子と溶液系に関する理論的・実験的研究について議論することを目的とした。
シンポジウムでは 12 件の招待講演が行われた（講演者は以下の通り：山崎健博士（NINT, Canada）、石塚良介博士（UCSD, USA）、今井隆志博士（理研）、Sihyun

参考文献

Ham 教授（Sookmyung Women's University, Korea）、佐[1] Web-site: http:// daisy.ims.ac.jp/conf/rism-yuragi-conf/

藤啓文教授（京都大）、西山桂准教授（島根大・分子研）、山口毅助教（名古屋大）、墨智成助教（豊橋技科大）、丸山豊博士（分子研）、Saree Phongphanphanee 博士（分子研）、鄭誠虎博士（Seoul University, Korea）、宮田竜
彦助教（愛媛大））。山崎博士の発表では、3D-RISM 理論により得られた溶媒和自由エネルギーを溶質の原子（あるいは原子団）ごとの寄与に分割するという手法が紹介された。今井博士の発表では、3D-RISM とフラグメントベーストドラッグデザインの手法を組み合わせた手法が紹介された。本新学術領域の班員である佐藤教授からは RISM-SCF 理論の発展形とも言うべき理論の数々が紹介された。また、実験分野から島根大学の西山准教授が参加して下さり、ランタノイドを用いた機能性材料の合成に関する発表があった。他の招待講演でも、溶液系の生体分子を扱うための方法論や応用例が紹介され、濃密な議論が交わされ、非常に有意義なシンポジウムになったと感じている。
本シンポジウムでは当初、上記以外にカナダおよびドイツからの４件の招待講演も予定していたが、折からの震災によりキャンセルとなった。

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加藤晃一教授が平成 23 年度日本薬学会学術振興賞を受賞
植草義徳（岡崎統合バイオサイエンスセンター）

飾やユビキチン化など翻訳後修飾を受けて生体内で機能を発揮する仕組みの構造基盤やメカニズムの解明に尽力し、数多くの新知見をもたらしました。こうした本新学術領域研究の計画研究代表者で、分子科学研研究成果は、生命分子科学の進展に貢献するとともに、究所・岡崎統合バイオサイエンスセンター（名古屋市

医療・創薬の重要な基盤を与えるものと評価され、こ立大学大学院薬学研究科兼務）の加藤晃一教授が平成の度「タンパク質の翻訳後修飾の構造生物学研究」に23 年度日本薬学会学術振興賞を受賞しました。

対して本賞が授与されました。

日本薬学会学術振興賞は、薬学の基礎及び応用に関して各専門分野で優れた研究業績を挙げ、世界的にも［日本薬学会ホームページでの掲載］注目される発展性のある研究者に対して授与される栄http://www.pharm.or.jp/prize/award11.html

誉ある賞です。加藤晃一教授は、タンパク質が糖鎖修

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書籍出版：広がるＮＭＲの世界－40 人の研究者からの熱いメッセージ－
北原亮（立命館大学薬学部・A01 公募研究代表者）

井 佳誉）、蛋白質複合体相互作用部位の決定（嶋田一夫）、ＨＩＶプロテアーゼ/阻害剤複合体のＮＭＲ構造解析（山崎俊正）などです。いずれもその研究を行っ

書籍題目："広がるＮＭＲの世界－40 人の研究者からた背景や意義、結果がコンパクトにまとめられているの熱いメッセージ－"

だけでなく、これまでの研究経過の臨場感が伝わって編著者：朝倉哲郎

きます。

出版社：コロナ社

著者の一人、嶋田一夫教授（東大）が中で述べられISBN: 978-4-339-06619-7ているように、ＮＭＲの面白さは測定法自体に完成がなく、工夫を凝らす余地が十分にある点だと思います。

2011 年 4 月 22 日に書籍「広がるＮＭＲの世界－40残余双極子カップリング測定(RDC)や R2 緩和分散測定

人の研究者からの熱いメッセージ－」がコロナ社から(R2 dispersion)は、蛋白質の立体構造解析やミリ秒域の出版されました。本書は、朝倉哲郎博士（東京農工大

構造揺らぎ研究において注目されている測定手法で、学教授）が編著されたもので、「合成高分子・先端材料」

まさにそのような工夫によるものです。

「生体分子」「医療・医薬」「分析・ＮＭＲの進歩」で活躍中のＮＭＲ研究者 40 人が執筆したものです。私も、「高圧力ＮＭＲで見る蛋白質の高エネルギー構造の世界」（pp.70-73）というテーマで執筆させていただくことができました。
ＮＭＲは機器分析法の 1 つですが、幅広い科学分野で利用されています。特に近年の超高磁場化、動的核偏極 DNP、極低温検出器の開発により液体と固体両分野において、分解能と感度が目覚ましく改善されました。また日本においては、理化学研究所や分子科学研究所、大阪大学蛋白質研究所が、超高磁場ＮＭＲ装置の外部利用を推進するなど先端的ＮＭＲ装置の利用が可能になり、生体分子の研究対象も巨大蛋白質や複合体、膜蛋白質へとますます広がっています。当領域においても、ＮＭＲを利用されている研究者や学生が多数いることと思います。この書籍には、40 のテーマについての研究のエッセンスと今後の期待、執筆者の研究に対する情熱が詰まっており、ＮＭＲ研究者でなくとも楽しく読んでいただけると思います。
本領域に関連するテーマを下記に列挙しますと、蛋白質の分子形態変化の観測（楯 真一）、膜結合生理活性ペプチドの固体ＮＭＲ構造解析（内藤 昌）、細胞内環境での蛋白質の立体構造解析（伊藤 隆）、常磁性Ｎ
ＭＲが拓く分子科学の新しい世界（山本 泰彦）、高圧力ＮＭＲで見る蛋白質の高エネルギー構造の世界（北原 亮）、レチナール蛋白質の固体ＮＭＲ構造解析（川村 出）、アルツハイマーβアミロイド構造の解析（石7