研究内容

Research

1.生体分子モーターを調べる English

私たちは入力エネルギーを一方向性の運動に変換する生体分子モーターの作動原理を解明します。私たちはリニア分子モーター[1-5]や回転分子モーター[6-8]を研究しています。例えば、バイオ燃料の原料となる結晶性多糖を効率的に分解するセルラーゼキチナーゼは[1-3, 5]、結晶を固体/液体界面で分解しながら一方向に運動するリニア分子モーターです。駆動力はATPではなくレールである多糖の加水分解エネルギーで、ミオシン、キネシン等の従来の分子モーターとは作動原理が全く異なります。また回転分子モーターV-ATPaseは[6-8]、力学的回転を介してATPの化学エネルギーとイオンの電気化学ポテンシャルを相互変換することができます。 これは人工分子機械(2016年ノーベル化学賞)には達成できていない高度な機能です。セルラーゼは五十嵐圭日子さん(東大)、V-ATPaseは村田武士さん(千葉大)、上野博史さん(東大)と共同研究しています。

私たちは光学顕微鏡を用いた1分子計測を生体分子モーターの機能解析に駆使します。プラズモニックナノプローブを用いた高速・高精度1分子計測[1, 4, 7, 8-10]、マルチカラー1分子計測等の開発を行っています。また、内橋貴之さん(名大)との共同研究で、高速AFMによる1分子計測[11, 12]、超解像蛍光顕微鏡と高速AFM複合機[13]の開発も行っています。さらに、生体分子機械の形を調べるX線結晶構造解析[1]も我々自身で行っています。その他、クライオ電顕単粒子解析[6]では村田和義さん(生理研)と、MDシミュレーションや数理シミュレーションでは岡崎圭一さん(分子研)、古田忠臣さん(東工大)と共同研究を行っています。

 

[1] Nakamura A Nature Commun. 2018

[2] Nakamura A PCCP 2018 (裏表紙

[3] Nakamura A J. Biol. Chem. 2016 (表紙

[4] Isojima H Nat. Chem. Biol. 2016

[5] Shibafuji Y J. Biol. Chem. 2014

[6] Tsunoda J Scientific Reports 2018

[7] Ueno H J. Biol. Chem. 2014

[8] Minagawa Y J. Biol. Chem. 2013 (表紙

[9] Ando J Biophys J 2018

[10] Enoki S Anal. Chem. 2015

[11] Uchihashi T Nature Commun. 2018

[12] Uchihashi T Science 2011 (Nature紹介記事)

[13] Fukuda S Rev. Sci. Instrum. 2013

2.生体分子モーターをつくる

私たちは天然に存在しない生体分子モーターをつくることにチャレンジしています[14-16]。生体分子モーターには基本構造がよく似たものが存在します。AAA+ファミリータンパク質がその代表例で、F-ATPase、V-ATPaseもこのファミリーに属します[17, 18]。網羅的変異体作製[14]、異種分子とのハイブリッド化[15]、計算科学による合理設計[16]を駆使し、キチナーゼ、セルラーゼ、V-ATPase等を積極的に改造して多彩な機能を発揮する設計原理を理解します。計算科学による合理設計はエキスパートである古賀信康さん小杉貴洋さん(ともに分子研)のアドバイスを頂きながら進めています。

 

[14] Kawai F ACS Omega 2018

[15] Baba M PNAS 2016

[16] Yukawa A Biochemistry 2015

[17] Iino R Curr. Opin. Struct. Biol. 2013

[18] Iino R Curr. Opin. Struct. Biol. 2015

 

3.共同研究を積極的に推進する

異分野の優れた研究者の方々との議論や交流は刺激になり楽しいです!

【共同研究者の方々と研究課題

五十嵐圭日子 准教授 (東京大) セルラーゼ

村田武士 教授 (千葉大) V-ATPase

上野博史 助教 (東京大) V-ATPase

古賀信康 准教授 (分子研) 分子モーターの合理設計

小杉貴洋 助教 (分子研) 分子モーターの合理設計

内橋貴之 教授 (名大) 高速AFM、複合計測

村田和義 准教授 (生理研) クライオ電顕単粒子解析

岡崎圭一 特任准教授 (分子研) MD、数理モデリング

古田忠臣 助教 (東工大) MDシミュレーション

富重道雄 教授 (青山学院大) キネシン

横川隆司 准教授 (京都大) ナノデバイス、キネシン

榊原昇一 係長 (大阪大) マイクロデバイス

渡辺洋平 教授 (甲南大) ClpB

野地博行 教授 (東京大) F-ATPase、マイクロデバイス

大森賢治 教授 (分子研) 1原子顕微鏡