J研

J
生体超分子物理研究室
研究室
原子間力顕微鏡を製作し,急速凍結した生体試料の割断面
を解析するための技術開発を行っています.また,膜蛋白
質が自己集合して作るサッカーボール様球殻構造体,それ
らが融合して作るチューブ構造体や平面構造体に関する研
究を行い,生体膜の高次構造を人工的条件で制御する方法
を開発しています.
2 )生体イオンポンプの4次元構造機能解析
生体膜には色々な種類の能動輸送系が見つかっており,
ATP分解エネルギーを利用するもの,基質の酸化エネル
* 神山 勉 教授 Tsutomu Kouyama, Prof.
ギーを利用するもの,光エネルギーを利用するものと,実
に様々です.しかし,膜内外の濃度勾配に逆らって物質を
村上 緑 助教 Midori Murakami, Assist. Prof.
輸送する点では同じです.当研究室では,すべての能動
北島智美 技術補佐員 Tomomi Kitajima, Technical Staff
輸送系に共通した作動原理が存在するのではないかとい
神田美幸 技術補佐員 Miyuki Kanda, Technical Staff
う作業仮説の下に研究を行っています.具体的には,光駆
動プロトンポンプとして働くバクテリオロドプシンを研究
命現象の解析技術が近年飛躍的に進歩し,特に分子
対象に取り上げ,膜融合を利用して作成した三次元結晶
レベルでの理解は格段に深まっています.同時に, のX線構造解析( 3 次元)に,時間・pH・圧力などもうひ
生命誕生以来の数十億年の間に構築された生物の階層構
とつの物理パラメータを加えて(+ 1 次元)
,基底状態お
造は極めて奥深いものであり,「生命」をより深く理解す
よび各反応中間体について立体構造を求めてきました.こ
るには,異なる階層で起こっている現象を包括的に解明
の 4 次元構造解析による一連の研究成果を基に,バクテリ
していくことが重要であると認識されはじめています. オロドプシンはプロトンだけでなく水分子の輸送をも司る
当研究室では,分子レベルおよび細胞レベルで起こって “水分子/プロトン対輸送体”であるという仮説を提唱し
いる様々な現象を調べ,それぞれの階層および階層間を
ました.この研究をさらに発展させるため,未解明のNお
支配する法則について研究しています.
よびO光反応中間体の構造機能解析,および他の生体ポン
プの構造解析にも挑戦しています.
1 )生体膜の高次構造形成の解明
細胞を包む原形質膜,あるいは細胞内小器官や分泌顆粒
3 )光受容膜蛋白質のX線結晶構造解析
を包む膜は,厚さが 5 ナノメートルの脂質二重層と,これ
バクテリオロドプシンの研究で培われた技術を利用し
に貫入または吸着して存在する蛋白質から構成されていま
す.これらの生体膜は裏表が区別できる非対称構造体であ
り,物質輸送や情報伝達など,生命維持に必須な諸反応を
促す特殊な反応場を提供しています.そこでは,膜の構成
分子の変形・運動に起因する高次構造の形成・消滅が起こ
り,膜融合に代表される巨視的な変形も認められています.
当研究室では,生体膜で起こるこれらの現象を理解するた
め,生体膜の高次構造の解析およびそのために必要な技術
開発を行っています.具体的には,フリーズフラクチャー
神山勉教授
J研の構成員一同
役型受容体(GPCR)のモデル蛋白質として知られていま
す.市販薬の半数がGPCRを標的分子としており,GPCR
の立体構造は創薬研究への応用が期待されているために,
当研究室の成果は非常に注目されています.ロドプシン
についても 4 次元構造解析を行い,GPCRの活性化機構を
明らかにすることを目指しています.
て,光エネルギーによって機能を発現する様々な膜蛋白
質について構造解析を進めています.これまでに,光合
成系の光捕集クロロフィル複合体(LHC-II)および視物
質ロドプシンの結晶化に成功しています.最近では,ス
ルメイカのロドプシンの結晶構造解析に成功し,2.5Å分
解能で立体構造を解明しました.ロドプシンはG蛋白質共
生
http://bio.phys.nagoya-u.ac.jp/
[email protected] 052-789-2436
Fig. 1 バクテリオロドプシン球殻構造体が自己集合
した六方晶結晶表面の原子間力顕微鏡像
教授:1/助教:1/技術補佐員:2/DC:0/MC:3/G30 student:1
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Fig. 2 バクテリオロドプシンの立体構造とプロトンチャネル
Fig. 3 J研で構造解析された光受容膜蛋白質
左上:アーキロドプシン−2の三量体構造,右上:LHC−II球殻構造体の正
二十面体構造,下:スルメイカロドプシンの生体膜中での二量体構造
大学院生院生指導で配慮している点
るよう配慮しています.蛋白質の構造解析に興味のあ
る院生には,高輝度放射光施設(SPring-8)にでかけ,
回折データを収集してもらうとともに,先端技術の開
発にも挑戦してもらいます.
当研究室では,物理的測定手段(分光測定,X線回折,
電子顕微鏡観察など)を習得することに加え,生体試
料の精製に必要な生化学的手法,及び複雑な構造解析
に必要な計算機技術についての知識を短期間に得られ
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