分子ダイナミクス研究グループ
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| グループリーダー 片岡 幹雄 | サブグループリーダー 藤原 悟 |
研究テーマ及び業務
1. 中性子による生体物質ダイナミクス解析の高度化
2. 医学的・生物学的に重要な蛋白質・生体物質系の機能発現と関連したダイナミクス解析
研究内容
分子ダイナミクス研究グループでは、中性子ビームを用いて蛋白質を中心とした生体物質のダイナミクスや構造を調べるための技術開発及びその応用研究を行っています。
技術開発としては、中性子非弾性散乱という方法を用いて生体物質のダイナミクスを測定・解析するための方法の高度化を行うとともに、ダイナミクス解析を補完する生体物質の構造解析、特に細胞内環境に近い溶液中等での構造を解析するための中性子散乱・解析の方法の高度化を行っています。また、その応用として、例えば遺伝性心筋症等の疾病発症に関連した蛋白質の機能異常と構造異常やダイナミクス異常の関係性を調べています。
こうした技術開発や研究のため、J-PARCセンターと連携してダイナミクス解析装置の建設に協力するとともに、J-PARCやJRR-3など国内外の様々な装置を用いた測定を行っています。
最近の研究成果
○中性子及びX線小角散乱による蛋白質水和構造の解析 | |
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中性子小角散乱実験とX線小角散乱実験を組み合わせて解析することにより、蛋白質周辺の水和構造情報を抽出する方法を確立しました。筋収縮関連蛋白質F-アクチンとミオシンについての実験から、アクチンとミオシンで水和構造が異なることを明らかにしました。これは蛋白質水和水の多様性を示唆しています。
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○中性子散乱による蛋白質の構造とダイナミクスの相関の解析 | |
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単量体とらせん状の重合体という異なった構造状態をとる蛋白質アクチンについて、それぞれの状態における中性子非弾性散乱実験を行いました。その結果、単量体状態と重合体状態で、ダイナミクスの特徴が異なること、そしてその違いは分子内の原子の揺らぎの分布の違いによることを初めて明らかにしました。
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グループメンバー
| 片岡 幹雄 | リーダー |  | |
| 藤原 悟 | サブリーダー |  | |
| 中川 洋 | 研究副主幹 |  | |
| 松尾 龍人 | 研究員 |  | |
| 河野 史明 | 研究員 |  |
論文リスト(2010 - )
| 1) | Reconstitution of the muscle thin filament from recombinant troponin components and the native thin filaments, F. Matsumoto, S. Deshimaru, T. Oda and S. Fujiwara, Anal. Biochem. 399, 299-301 (2010). |
| 2) | Effect of conformational states on protein dynamical transition, H. Nakagawa, H. Kamikubo and M. Kataoka, Biochim. Biophys. Acta., 1804, 27-33 (2010). |
| 3) | An approach to DNA crystallization using the thermal reversible process of DNA duplexes, T. Chatake, G. Sazaki, T. Kikkou, S. Fujiwara, T. Ishikawa, O. Matsumoto and Y. Morimoto, Cryst. Growth Des. 10, 1090-1095 (2010). |
| 4) | 中性子非弾性散乱で観るタンパク質ダイナミクスに対する水和の影響, 中川 洋, 四季, 6, 3(2010). (レビュー) |
| 5) | Percolation of hydration water as a control of protein dynamics, H. Nakagawa and M. Kataoka, J. Phys. Soc. Jpn., 79, 083801 (2010). |
| 6) | 中性子スピンエコー法の多成分系への応用, 遠藤 仁, 波紋, 21, 50-54 (2011). (レビュー) |
| 7) | Static Structure of Polyrotaxane in Solution Investigated by Contrast Variation Small-Angle Neutron Scattering, H. Endo, K. Mayumi, N. Osaka, K. Ito, M. Shibayama, Polymer Journal, 43, 155-163 (2011) |
| 8) | 中性子スピンエコー法を用いたソフトマターのダイナミックス研究, 遠藤 仁, 高分子, 60, 193-194 (2011), (レビュー) |
| 9) | Internal motions of actin characterized by quasielastic neutron scattering, S. Fujiwara, M. Plazanet, F. Matsumoto and T. Oda, Eur. Biophys. J. 40, 661-671 (2011). |
| 10) | 中性子が生物学に対してできること, 藤原 悟, 生物物理, 51, 138-139 (2011). (レビュー) |
| 11) | High-resolution X-ray study of the effects of deuteration on crystal growth and the crystal structure of proteinase K, T. Chatake, T. Ishikawa, Y. Yanagisawa, T. Yamada, I. Tanaka, S. Fujiwara and Y. Morimoto, Acta Cryst. F67, 1334-1338 (2011). |
| 12) | Repetition rate multiplication: RPM, an advanced measuring method planned for the backscattering instrument, DNA at the MLF, J-PARC, N. Takahashi, K. Shibata, Y. Kawakita, K. Nakajima, Y. Inamura, T. Nakatani, H. Nakagawa, S. Fujiwara, T. J. Sato, I. Tsukushi, F. Mezei, D. A. Neumann, H. Mutka and M. Arai, J. Phys. Soc. Jpn. 80, SB007 (2011). |
| 13) | Effect of hydration on protein dynamics, M. Kataoka and H. Nakagawa, Neutrons in Soft Matter John Wiley, 517-538 (2011). (Review) |
| 14) | Protein dynamics studied by neutron incoherent scattering, M. Kataoka and H. Nakagawa, Water, the forgotten biological molecule, Pan Stanford publishing, Singapore, 49-62 (2011). (Review) |
| 15) | 中性子小角散乱－応用編－, 遠藤 仁, 杉山 正明, 井上 倫太郎, 波紋, 22, 258-267 (2012). (レビュー) |
| 論文リスト．．． 16～29を表示 |
招待講演
| 1) | Protein dynamics studied by neutron scattering, S. Fujiwara、Australia-Japan neutron science workshop -Sharing science with neutrons-、Sydney, Australia、2013年11月 |
| 2) | 中性子非弾性散乱で観る食品蛋白質の水和とガラス転移、中川洋、第60回日本食品科学工学会、2013年8月 |
| 3) | Structures and Dynamics of Cardiomyopathy-Causing Mutants of Troponin, S. Fujiwara, International Workshop "from Structure to Dynamics: for Our Understanding of Protein-Protein Interactions"（名古屋大学）, 2012年3月 |
| 4) | 中性子非弾性散乱によるアクチンダイナミクスの解析－蛋白質内部ダイナミクスと水和水ダイナミクスの相関－、藤原悟、茨城大学学術講演会－中性子構造生物学およびタンパク質水和構造に関するシンポジウム－、2011年3月 |
| 5) | 中性子非弾性散乱による蛋白質及び水和水のダイナミクス研究、中川洋、茨城大学学術講演会－中性子構造生物学およびタンパク質水和構造に関するシンポジウム－、2011年3月 |
| 6) | 中性子非弾性散乱によるタンパク質の揺らぎと水和水ダイナミクスの研究、中川洋、日本中性子科学会第10回年会, 2010年12月 |
| 7) | 中性子散乱法による生体物質と水和水の動的構造解析、中川洋、岡山大学次世代研究者・異分野研究連携育成支援事業主催シンポジウム・エネルギー貯蔵材料の最前線, 2010年5月 |
受賞
| 1) | H. Nakagawa and M. Kataoka, Award for JPSJ Papers of Editor’s Choice, July, 2010 |
| 2) | 片岡幹雄 日本中性子科学会第9回学会賞「中性子生物物理学（中性子非弾性散乱による蛋白質の動力学の研究ならびに中性子結晶構造解析によるイェロープロテインの水素結合ネットワークの性質に関する研究）」（H23.11.22） |
| 3) | 遠藤仁 第１７回日本物理学会論文賞「A Periodic Structure in a Mixture of D2O/3-Methylpyridine/NaBPh4 induced by Solvation Effect」(KEK貞包浩一郎研究員・瀬戸秀紀教授、物性研柴山充弘教授との共同受賞)(H24.3.26) |
外部資金
| 1) | ライフサイエンスの革新を目指した構造生命科学と先端的基盤技術、代表：中川洋、JSTさきがけ、H26～H29年度 |
| 2) | 柔らかな生体分子の動的構造を決定するための中性子・X線散乱解析法の開発、代表：中川洋、東レ科学技術研究助成、H26～H28年度 |
| 3) | 心筋症の分子機構解明に向けた変異トロポニン分子内の局所ダイナミクス計測、代表：松尾龍人、科研費補助金若手研究(B)、H26〜H28年度 |
| 4) | 干し芋の保存性と嗜好性は両立できるか？～食品の品質を決める水和とガラス転移～、代表：中川洋、科研費補助金挑戦的萌芽研究、H26～H28年度 |
| 5) | 非干渉性中性子非弾性散乱による埋もれた界面の水和状態と揺らぎの非侵襲計測法の確立、代表：中川洋、島津科学技術振興財団研究開発助成、H26～H27年度 |
| 6) | 蛋白質ダイナミクスから探る筋収縮調節機構、代表：藤原悟、科研費補助金基盤研究（C）、H24～H26年度 |
| 7) | 心筋症関連トロポニン変異体を含む細いフィラメントのサブナノスケール病理診断、代表：松尾龍人、科研費補助金若手研究（B）、H24～H25年度 |
| 8) | 食品の保存性と食感を決める水の物理化学、代表：中川洋、科研費補助金挑戦的萌芽研究、H23～H25年度 |
| 9) | 中性子散乱によるF-アクチン周辺水和水の構造・ダイナミクス解析、代表：藤原悟、科研費補助金新学術領域「水を主役としたATPエネルギー変換」（公募研究）、H23～H24年度 |
| 10) | 中性子散乱法を基軸とした水溶性タンパク質のメゾスコピックダイナミクス研究、代表：遠藤仁、科研費補助金若手研究（B）、H23～H24年度 |
| 11) | 天然変性タンパク質の折り畳みに伴う水和状態と構造揺らぎの変化、代表：中川洋、科研費補助金新学術領域研究「天然変性タンパク質の分子認識機構と機能発現」（公募研究）、H22～H23年度 |
| 12) | 食品タンパク質中の水の挙動に対する塩の影響、代表：中川洋、財団法人ソルト・サイエンス研究財団研究助成、平成22年度 |
| 13) | 心筋症関連トロポニン変異体の蛋白質病理学、代表：藤原悟、科研費補助金基盤研究（C）,H21～H23年度 |
| 14) | 中性子散乱によるF-アクチン周辺水分子のダイナミクスの直接測定、代表：藤原悟、科研費補助金新学術領域「水を主役としたATPエネルギー変換」（公募研究）、H21～H22年度 |
| 15) | 中性子散乱とシミュレーションによる蛋白質動力学に対する水和とキャビティ効果の研究、代表：中川洋、科研費補助金若手研究(B)、H21～H22年度 |