1分子計測・シミュレーションなどを駆使して、解析が最も進んでいるモータータンパクの1つである。ところが、20種以上の結晶構造が解かれたにも関わらず、調節因子による抑制状態の結晶構造など幾つかの例外を除けば、どの結晶構造も大局的には同じ構造で、さらにこの典型的な結晶構造の解釈を巡って長く論争が続いていた。よって、F1の構造遷移サイクルはまだ良く分かっておらず、これがF1の化学-構造-力学の三者共役の理解のボトルネックとなっていた。そこで、回転アッセイと1分子FRET計測の同時計測により、F1の回転子γの回転ステップ運動と固定子α3β3の構造変化を捉え、ATP結合待ち状態と反応中間状態での構造の特徴を抽出した。ATP結合待ちではFRET効率が約0.5の1つの状態のみ観察されたのに対し、加水分解待ちではFRET効率が約0.8と約0.5の2状態が観察された。2jdi)は加水分解待ち構造として同定された。主だった2つのヌクレオチド(および回転)状態の構造が明らかとなったので、さらに主成分分析(PCA)による結晶構造の系統的構造比較を行った。固定子α3β3の構造変化は、大局的には、サブユニットβのopen/closeの動きと2つのサブユニットαとβの界面のloose/tightの動きの2つで表現できることが分かった。この2次元のPCAマップに各結晶構造をマッピングすると、興味深いことに、ATP加水分解反応の段階に沿って1つの閉じたサイクルを描いていた。以上から、F1のATP加水分解反応と構造遷移と回転ステップの三者共役モデルを提案した。がん転移は多段階の化学反応の集積によって起こる、非常に複雑な現象である。本プロジェクトでは、がん転移のモデル系として、肺転移を取り上げ、がん転移に密接に関連したシグナル系(S100A8-SAA3-TLR4カスケード)におけるタンパク質間相互作用を明らかにすることを目的としている。今回のセミナーでは、とくに、S100A8やSAA3の溶液中の構造情報を得ることがなぜ重要なのかを示す。がん炎症に関連する現在進行中のプロジェクトについても紹介する。これらの研究プロジェクトについて、物理化学的な立場からのアドバイスを得ることができれば、今後の研究方針に生かすつもりである。博士課程シトクロムc′は細菌から見出されるヘム蛋白質の1種である。当研究室では、好熱菌由来シトクロムc′を研究対象とし、熱に対する安定性が常温菌由来シトクロムc′よりも高いことを見出した。X線結晶構造や変異体解析から、その安定化機構を考察した。好冷菌由来シトクロムc′の安定性は常温菌由来のものよりも低く、シトクロムc′の安定性が細菌の生育至適温度と相関することを見出した。DNA複製・修復・組み換えは、種の遺伝的連続性を保証する最も重要な機構である。加えて、DNAに絶え間なく生じる様々な偶発的損傷を修復する機構が必要である。他方の鎖を鋳型にして再合成を行うことで信頼性の高い修復を実現している。様々な病態の発現につながる。これまで、除去修復機構に関与する数々のタンパク質が同定され、詳細な生化学的解析に基づいて反応機構のモデルが提唱されている。そのダイナミクスについては不明な点が多く残されている。イメージングして、そのダイナミクスを解明してきた。固体表面の吸着に関する研究は,生体分子の自己組織化を基礎的に理解しようという観点や,生体適合インプラント,分子バイオセンサーといったデバイスへの応用の観点から盛んに行われています。一方で,生体分子を修飾したナノ粒子などのナノ材料を用いた研究は,ドラッグデリバリーなどの医療分野への応用を見据え幅広く行われています。このような生体分子の吸着を考える場合、一般に、生体分子間の相互作用は共有結合ではなく水素結合や分子間力のような弱い相互作用によってなりたっていることが知られていますが、この弱い相互作用によって生体分子は任意の立体構造で自己集合し、階層的により高次の構造を形成し機能を産み出してます。この生体分子の特徴を活かした新たなバイオ分子と電子デバイスの界面を創生することができれば、あらたなバイオエレクトロニクスの可能性を開くことができるかもしれません。本発表では、タンパク質やペプチドといった自然界で多様な機能を有する生体分子が、固液界面で形成する自己組織化構造とその形成メカニズム、および、その自己組織化によって変調される固体の電子状態について議論していきたいと思います。蛋白質やペプチドは自己組織化して分子間会合しβシートに富んだアミロイドと呼ばれるナノ線維を形成する。アミロイドはアルツハイマー病などの神経変性疾患組織において観察され、病態との関連が示唆されている。アミロイドはクロスβスパイン構造というβシートが重なり合った構造を基本骨格として有しているが、さまざまなアミノ酸配列から多様な立体構造をもつ蛋白質がほぼ均一なクロスβスパイン構造になぜ変換されてしまうのか、どのような配列がこの基本構造を作れるのか、不明な点が多い。これらを明らかにすることを目指して、我々はモデルタンパク質として二つの末端ドメイン間に単層のβシートを持つ、OspAを用いて研究を行っている。以前にこのOspAの単層βシート領域に疎水性残基を並べて導入し、クロスβスパイン構造を模倣した変異体の作成に成功した。現在、この変異体を用いて、どのような配列がクロスβ構造を安定化するのか研究を進めており、本セミナーでは今後の展開も含めて紹介する。細胞内では非常に濃厚なタンパク質が適宜様々な分子間相互作用を介して生理活性を発現している。この高精細な機構は単独では特定の立体構造を保持しない天然変性タンパク質の介在により説明されるが,フレキシブルな物性故に組換え体の細胞内タンパク質の取り扱いには工夫が必要である。変性状態のタンパク質が凝集する主因は分子間の疎水相互作用やSS結合形成が挙げられるが,これらを同時に解決する手段としてCysを介して正電荷を付与するタンパク質カチオン化技術が強力な手段となり,ほぼ自由自在に難溶性の変性タンパク質を可溶化できる。転写因子であるp53は、その機能を果たすために、DNA上の何十億という非特異的結合部位から、少数の特異的結合部位を効率的に探索しなければならない。そのような効率的な探索メカニズムに関して、構造に基づく議論はあまり行われてこなかった。いうのも、p53はその40%が天然変性領域と呼ばれる揺らぎの大きな領域で構成されており、実験だけで探索ダイナミクス中の構造情報を得ることが困難であったからだ。本講演では、我々が独自に開発している粗視化分子動力学シミュレーションと、それによって得られたp53の走査メカニズムに関する知見を紹介する。p53を含めた転写因子のDNA上のダイナミクスを明らかにするにあたり、一分子実験と分子シミュレーションのコラボレーションの可能性と課題について議論したいと考えている。客員准教授コンピューターの進歩により、分子動力学(MD)法の重要性はますます高まっている。数十年前には、100残基以下の蛋白質を、数ps計算するのが精いっぱいだったのが、近年では、1msまで計算できるようになっている。Science)本講演では、まず分子動力学法について簡単な講義を行う。次に、分子動力学法の最近の動向を概説したのちに、私がこれまで取り組んできた研究、それもNMRを用いる実験家との共同研究について、時間の許す限り述べたいと思う。分子シャペロンやプリオンタンパク質の性質,タンパク質の凝集など,タンパク質のフォールディング現象の生物学的側面の研究を展開されている研究者です。このたび、共同研究の打ち合わせのために仙台に来ていただくことに合わせて,インフォーマルなセミナーをお願いしました。皆様のご参加をお待ちしております。Baker教授の研究室において、タンパク質のデザインに取り組まれている若手研究者です。生物物理学会の東北支部会でのご講演のために来仙されますが、支部会では講演時間が足りないと思われるため,より詳しいお話を伺うインフォーマルセミナーを企画しました。ご希望される方はどなたも聴講が可能です。皆様、ぜひお集まりください。センタープローブ顕微鏡は、これまでの光学顕微鏡や電子顕微鏡とは異なり、局所的物理量を精度よく検出することで表面の情報を画像化する顕微鏡である。こと生体材料の計測では原子間力顕微鏡(AFM)が最も広く利用されてきたプローブ顕微鏡であり、主として溶液中環境でのイメージングツールとして活用されてきた。化学的同定を行うツールとしても活用されている。今回は、現在共同で進めている変成蛋白の実空間観察に向けてどのようなアプローチが効果的かを考えてみたい。IDP)の構造解析は,その機能発現のメカニズムの解明のためには必須である。所謂天然球状タンパク質の構造安定性のメカニズム解明のためには,天然状態だけでなく,解けた状態を含む非天然状態の構造特性を知る必要がある。RDCs)の実測値を再現する構造モデルを計算機内に多数生成させる手法を開発し,解けた状態のタンパク質の構造解析を遂行する。大局的な構造情報を含むSXSプロフィルとともに,アミノ酸配列に依存した局所的な構造情報を含むRDCsを解析に用いることにより,解けて広がったタンパク質の各アミノ酸残基の主鎖2面角頻度分布や溶媒和パラメータを得る。この結果について,IDPと球状蛋白質の変性状態における構造特性と比較することにより,IDPの設計指針と機能発現の分子機構の解明に向けた構造生物学的な基本情報が得られると期待される。エネルギー地形は、系が取りうる配置空間のそれぞれの部分領域の広がりや繋がり方についての概観を取り扱うために有用な概念であり、アンサンブル平均に基づく、静的、統計的な描像を基礎に置いている。一方で、蛋白質などの生体分子の1分子観測実験は、アンサンブルで平均化されていない分子の個性、すなわち1分子の構造揺らぎ、拡散、構造変化の履歴などを読み取ることができる。この1分子のレベルで系が感じているエネルギー地形とはどのようなものだろうか?今回は、我々が開発した、1分子時系列から配置空間上の粗視化された状態の組を推定し、その間の実効的な自由エネルギー地形を読み取る時系列解析手法について、具体的な実験時系列の解析例を交えて紹介し、皆さんと共に、エネルギー地形概念の動的な側面について考え、また、1分子から何を学び得るか、その難しさや面白さ、可能性について議論したい。)蛋白質は環境からの熱雑音にさらされ、その立体構造は大きく揺らいでいる。蛋白質は、この揺らぎを利用し立体構造を変化させるなどして、効率的に基質を認識していると考えられる。その分子機構はまだ十分に解明されていない。提案されているが、実験技術や計算機シミュレーションの性能向上に伴い、これらのモデルでは蛋白質の基質結合機構、特に揺らぎの役割・制御を十分に説明できるわけではないことが明らかになってきた。そこで、この研究会では、蛋白質の基質認識過程に焦点を当て、蛋白質の揺らぎの性質、機能発現における揺らぎの制御、基質結合に伴う立体構造変化などについて、実験家と理論家が集い、最新動向の情報共有と議論・意見交換を行うことを目的とする。ESR)渡り鳥等の動物が地磁気を感じてその渡りに利用している事が言われますが、そのメカニズムとしてマグネタイト説と並んで提唱されている、化学コンパスモデルについて解説します。このモデルはラジカル対機構により、化学反応が地磁気を感じることによるのですが、その原理には電子スピンの量子力学的な運動や2つの電子スピンと核スピンの絡み合いといった物理学的にも興味深い問題が含まれており、生物学から量子力学観測理論まで巻き込んだ議論が始まっています。この問題に対する実験物理学化学者の立場からのアプローチについて易しく解説したいと思っています。タンパク質結晶育成においてもっとも困難な過程は核形成である。このため、タンパク質結晶の核形成段階を制御することは重要である。このような観点から結晶育成時に外場を印加することにより制御しようという手法が多く試みられており、特に、外場として電場を用いる育成手法の試みが多く行われている。これまでの研究では核形成速度を抑制にしか制御できておらず、核形成が困難であるタンパク質においては制御が不完全であり、かつ、それらの電場による核形成の影響を現象論としか扱っていなかった。そこで、本研究室ではこの電場の効果を熱力学的に考察することにより、なぜこれまでの手法では核形成速度を抑制にしか制御できなかったのかを明らかにし、更に、核形成速度の促進にも成功した。発表者は理学研究科を卒業し、2002年に味の素に入社した。当初は与えられた仕事と自分の希望(スキル)とのギャップに悩んだものの、社歴を重ねていくうちにメーカーにおける研究開発の位置付けを理解できるようになってきた。今回は「技術系」として企業で働くことと大学院で研究することに距離(あるいは差異)があるのか、ということについて皆さんとともに考えたい。