寺嶋正秀 理学研究科教授、黒井邦巧 同博士課程学生らは、徳富哲 大阪府立大学教授、岡島公司 同博士研究員、池内昌彦 東京大学教授らとともに、タンパク質の化学反応の中に現れる分子の揺らぎを実時間で観測することに成功しました。
この结果、反応中间体で揺らぎが大きくなると反応するが、揺らぎを小さくすると反応しなくなるという、揺らぎと反応性の相関を直接実証することができました。これは、新规薬剤探索の新指针となることに期待されます。
本研究成果は、米国科学アカデミー纪要（笔狈础厂）に掲载されました。
研究者からのコメント
左から寺嶋教授、黒井博士课程学生
私たちのグループでは、反応とともに変化する热力学量を时间分解観测する手法を开発しております。これまでエンタルピーや分子体积、热膨张係数、热容量などの変化を时间分解测定することに成功しています。しかし、「揺らぎ」という、ある意味捉えどころのない量を、圧缩率変化として时々刻々と観测するためにはかなりの苦労がありました。装置だけでなく解析法や反応系について、いろいろと克服すべき点が多々あり、この手法开発を始めてからすでにかなりの年月が経ちましたが、ようやく、タンパク质反応に対して観测することに成功し、短寿命中间体における揺らぎ増大を実际に示すことができました。
今后、この手法を他の反応系に対して适用して行く予定ですが、生体分子の机能と同等である反応と「揺らぎ」の相関を普遍的に解明することは、?命分?の机能制御の本质を解明することにつながると考えています。それはまさに动き（「揺らぎ」）という観点から机能（病気を含む）を理解し、制御する（治疗する）ことにつながると?う意味で、?常に重要となります。
概要
生命活动を支えているのは、多くの场合、タンパク质の化学反応です。この化学反応がどのように起こっているかを知ることは、生命现象を分子的に理解するために必须であると同时に、医疗や製薬の分野でも大切な问题です。例えば、ある病気があるタンパク质の働きで起こるときには、そのタンパク质の働きを抑えるような薬があればよいことになります。このようなタンパク质の働きを理解するために、従来は「键と键穴モデル」というモデルが使われていましたが、近年そうした形からの议论だけでは不十分な场合が见出されてきました。
そうした点を克服する概念が、「反応するためには构造がふらふらとしていることが必要である」という「揺らぎ」のモデルです。実际、これまでもタンパク质の安定性を下げると反応しやすくなるなどの知见が得られていましたが、実际に反応している最中の「揺らぎ」を観测する手法がなく、このモデルの真の検証にはなっていませんでした。
そこで本研究グループは、反応している最中の「揺らぎ」を时々刻々と追跡する手法を开発し、10ナノ秒（10 -8 秒）ほどのパルスで光を出すレーザーを用いることで、この热力学量の短い时间での时间発展を直接観测することに世界で初めて成功しました。この観测手法を开発することによって、初めて反応とともに変わる圧缩率、つまりは「揺らぎ」の追跡が可能となりました。
さらに、この手法を用いることで、タンパク质反応の途中に现れる中间体で「揺らぎ」がどのように変わるかを観测することに挑戦しました。その结果、この手法で青色光を感知するタンパク质の反応中间体の「揺らぎ」を求めることに成功し、中间体では「揺らぎ」が実际に大きくなっていることを示すことができました。さらに、光强度を制御することによって、「揺らぎ」を小さくすると反応が起こらなくなることを见い出しました。すなわち、この结果は中间体で発生する「揺らぎ」が反応を引き起こす駆动力であることを示唆しており、「揺らぎ」が実际に反応过程に関与していることを直接的に示すことに世界で初めて成功したものです。
図：罢别笔颈虫顿と呼ばれる光センサーであるタンパク质の反応と「揺らぎ」。このタンパク质罢别笔颈虫顿は、分子が10个结合した形で存在する。光强度の反応条件によって「揺らぎ」を制御することができ、それによってタンパク质を反応させたり、反応しなくさせたりすることができる。
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
Kunisato Kuroi, Koji Okajima, Masahiko Ikeuchi, Satoru Tokutomi, and Masahide Terazima
"Transient conformational fluctuation of TePixD during a reaction"
PNAS published ahead of print September 29, 2014
掲载情报
- 中日新聞（10月19日滋賀版 23面）および日刊工業新聞（10月1日 23面）および科学新聞（10月31日 4面）に掲載されました。
