班友［後期］
澤田 知久
| 東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻 助教 博士（工学） |
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| 領域での役割 | 班友 | |
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| 研究課題 | ペプチド・超分子錯体ハイブリッドの創出と機能化 | |
| 研究目的 | 超分子化学によるものづくりと生命分子の科学の融合領域を開拓し、生命分子に潜在する動的秩序形成を解明するための人工系—生命系のハイブリッド材料を創出することを目的とする。超分子錯体合成に関する知識や技術をベースにして、生命分子に備わっている動的秩序形成を引き出し、新たなナノ材料の構築を行う。特に、柔軟な生命素子の一つであるオリゴペプチドと金属イオンの自己集合によって、既存の合成化学では見られなかったユニークな構造体（ペプチド・超分子錯体ハイブリッド）を対象とする。そのようなユニークな集合構造へ至る動的挙動の理解を深め、ペプチド・超分子錯体ハイブリッドの設計原理を追求し、そのユニークな集合構造に基づいた機能の探索を目指す。 | |
重田 育照
| 筑波大学 計算科学研究センター 教授 理学博士 |
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| 領域での役割 | 班友 | |
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| 研究課題 | キュミュラント粗視化動力学によるタンパク質動的秩序形成過程の理論研究 | |
| 研究目的 | 本課題では、申請者が定式化している新たな力学系である「キュミュラント動力学法」を用いて、統計力学ならびにそれに基づく粗視化動力学法を構築する。前者に対しては、低次のキュミュラントを用いて自由エネルギーを直接最小化する方法を提案し、一部自由度の粗視化を行うことで化学反応の反応障壁を簡便かつ高精度に求める手法を考案する。後者に対しては、自由度の粗視化の概念を時空間スケールに拡張し、分子の形状に即したキュミュラントを定義する。この手法の利点は従来の粗視化動力学法で問題となる力場の恣意性の問題を解決し、原子レベルで定義される元の力場からシームレスに導出できる点にある。本研究を通じ、動的な秩序形成・崩壊が機能において重要なタンパク質複合体を対象とした分子論を確立する。 | |
塚崎 智也
| 奈良先端科学技術大学院大学・バイオサイエンス研究科 准教授(PI) 博士(理学) |
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| 領域での役割 | 班友 | |
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| 研究課題 | タンパク質分泌システムの精密探査を可能とする新しい再構成系の構築 | |
| 連携研究者 | 田中良樹 奈良先端科学技術大学院大学・バイオサイエンス研究科 助教 博士（理学） |
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| 研究目的 | 本研究では，必須の生命現象であるタンパク質輸送に着目した研究を進める。タンパク質の分泌過程においては，常にヘテロな離合集散が起こっている。バクテリアにおいては，タンパク質膜透過チャネルSecYEG(真核細胞のSec61複合体のホモログ)，駆動モータSecA ATPase，基質タンパク質と膜構造が存在すれば in vitro で人工的にタンパク質分泌反応を再現することができる。これまでの研究において，各因子単独の結晶構造情報に基づく機能解析が進められているが，未だどのような相互作用で集合し，どのような構造変化を伴って機能しているかの詳細は不明である。そこで，本研究では集合状態の詳細構造をX線結晶構造解析で明らかとするとともに，この分泌システムの新しい in vitro 再構成系を構築し，精密な測定を行なうことで，時間に依存したダイナミックな構造変化を見いだすことを目的とする。 | |
長田 裕也
| 京都大学工学研究科 合成・生物化学専攻 助教 博士（工学） |
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| 領域での役割 | 班友 | |
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| 研究課題 | らせん高分子触媒とキラル生成物の相互作用による左右らせん振動系の構築 | |
| 連携研究者 | 佐藤宗太 東北大学 原子分子材料科学高等研究機構（WPI-AIMR）准教授 博士（理学） |
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| 杉山正明 京都大学原子炉実験所粒子線基礎物性研究部門 教授 博士（理学） |
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| 研究目的 | 生命分子の極めて精緻な高次機能発現を分子レベルで理解し、次世代の技術として発展させるために、生命分子システムをモデル化した人工動的秩序系の構築が重要な研究課題となっている。私はこれまでの研究を通じて、ジイソシアノベンゼン類のリビング重合によって得られるらせん高分子、ポリ（キノキサリン-2,3-ジイル）（以下ポリキノキサリンと略する）が、「主鎖のらせん不斉を直接不斉反応場として利用可能」かつ「外部刺激によって不斉らせん構造を動的に反転可能」であることを明らかにしてきた。特に最近の予備的研究では、ポリキノキサリンとキラル小分子との相互作用によって不斉らせん構造を誘起できることを見出している。本研究においては、ポリキノキサリンを基本骨格とするらせん高分子不斉触媒によって系中で発生したキラル生成物が、再びらせん高分子不斉触媒と相互作用することで、先ほどとは逆の不斉らせん構造を誘起し、逆のエナンチオマーの生成物を発生させるという、一連のプロセスに基づいて、左右らせん間の振動状態を実現する人工動的秩序系の構築を目的としている。本研究を実施するに当たり、領域内各班の研究者との連携と議論を通じて高分子らせんキラリティのダイナミクスについて、本質的な理解と応用的発展を目指す。 | |
濵田 大三
| 神戸大学工学研究科 神戸大学応用構造科学産学連携推進センター 特命准教授 理学博士 |
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| 領域での役割 | 班友 | |
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| 研究課題 | 構造揺らぎを基盤とした抗体軽鎖の多様な自己組織化機構の解明 | |
| 研究目的 | 生命現象の数々は、蛋白質を中心とした、多様な分子間・分子内で引き起こされる、複雑かつ、自発的で且つ、動的な「自己組織化現象」により、制御されている。この自己組織化機構を構造・物理化学のレベルで明らかにすることは、「生命の基本原理」を解き明かすうえで、最も重要な基本問題である。その中でも、蛋白質の示す自己組織化反応は、「フォールディング」、「複合体形成」、「アミロイド線維化」など、多種多様である。抗体は、多数のドメインからなる蛋白質複合体である。さらに、抗体は、その多様な配列にも関わらず、同一の立体構造を形成し、様々な他分子を認識し、さらなる複合体形成を成し遂げる。一方、ALアミロイドーシスと呼ばれる、多臓器不全症は、抗体軽鎖のアミロイド線維化が原因となる。このように、抗体は、それ自身で、「フォールディング」、「複合体形成」、「アミロイド線維化」の3種の自己組織化を実現できるユニークな系であり、その分子機構・制御機構を解くために必要な、蛋白質の広大な構造エネルギー地形を解き明かす上で、最も有用なモデルである。 本研究においては、構造生物学や物理化学的解析法を駆使し、構造揺らぎという観点から、特に、ALアミロイドーシス発症に関連性の高い、抗体軽鎖の「フォールディング」「二量体化（複合体形成）」「アミロイド線維化」を含む、広大な構造エネルギー地形の全貌の解明を目指す。これにより、生命現象の基盤をなす、すべての自己組織化現象の基本原理を解明することができると期待される。さらに、この情報をもとに、アミロイド線維形成を抑制する手法を開発し、医学・分野にも、貢献することを目指す。 |
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原野 幸治
| 東京大学総括プロジェクト機構 大学院理学系研究科化学専攻（兼務） 特任准教授 博士（理学） |
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| 領域での役割 | 班友 | |
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| 研究課題 | 有機分子が関わる動的過程の単分子実時間電子顕微鏡イメージング | |
| 研究目的 | 分子のかたち（構造）およびその時間変化（配座変換）は分子が持つ最も基本的な情報であり、実在の分子をあたかも分子模型を見るかのごとく高分解能で可視化して解析することは化学者にとっての一大挑戦である。本課題では、我々がこれまで培ってきた「単分子実時間電子顕微鏡イメージング法」による有機単分子の高分解能観察を要素技術とし、単分子および分子集合体の秩序形成過程を直接観察することを目標としている。この手法の鍵は、単層カーボンナノチューブ末端に分子を結合し「真空中につり下げて」観察することであり、これによって背景ノイズ無しで分子像を捉えることが可能となり、電子線によるダメージも著しく抑制される。また、「分子運動は速いのでTEM測定のタイムスケールでは分子運動の観察は不可能」という従来の常識に反し、アミド鎖の配座変換や、分子集合体の再配列など、TEM観察の実時間スケールで刻々と構造変換する様子を捉えることができる。実際に、ナノチューブ上の単分子の構造の緩和過程を追跡し、一つの分子の中でどの部分が硬いか、柔らかいかという事まで目でみて調べることに成功している。ここが氷に包埋して動きを凍結した生体試料を観察するクライオ透過電子顕微鏡と大きく異なる点である。本手法を有機分子およびそれらの集合体の集合過程、構造変化などの動的過程の実時間観察へと展開し、高次構造の形成機序を探究する。 | |
前田 大光
| 立命館大学生命科学部応用化学科 教授 博士（理学） |
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| 領域での役割 | 班友 | |
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| 研究課題 | 動的秩序を示すバイオインスパイアードπ電子系–イオン複合体の創製 | |
| 研究目的 | 非環状型π電子系オリゴピロール誘導体は、生体で重要な役割を担うピロール環の特徴（窒素部位の相互作用能およびπ電子系の平面性）を利用することによって、環状分子（ポルフィリン）には見られないイオン認識挙動や超分子形成、電子・光機能性の発現が期待できる。本研究課題では、ピロール環などを適切に組み込んだイオン（金属イオン・アニオン）応答性π電子系を合成し、その動的挙動を詳細に検証し、特異な電子・光機能の発現およびその制御へと展開することを目的とする。すなわち、電子・光機能性を有するπ電子系そのものがイオンと相互作用できるシステムの構築手段を確立し、既存分子には見られない動的挙動と次元制御集合化、機能性の誘起に挑戦する。たとえば、フォールディングしたπ電子系に起因するキラル分光特性（円偏光発光挙動）の最適化および環境応答性などを検証する。 | |
