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井上 倫太郎*; 小田 隆; 中川 洋; 富永 大輝*; 池上 貴久*; 小沼 剛*; 岩瀬 裕希*; 川北 至信; 佐藤 衛*; 杉山 正明*
Biophysical Journal, 124(3), p.540 - 548, 2025/02
被引用回数：2 パーセンタイル：61.68(Biophysics)Intrinsically disordered proteins (IDPs) show structural changes stimulated by changes in external conditions. This study aims to reveal the temperature dependence of the structure and the dynamics of the intrinsically disordered region of the helicase-associated endonuclease for fork-structured DNA, one of the typical IDPs, using an integrative approach. Small-angle X-ray scattering (SAXS) and circular dichroism (CD) studies revealed that the radius of gyration and ellipticity at 222 nm remained constant up to 313-323 K, followed by a decline above this temperature range. NMR studies revealed the absence of a promotion of the 
-helix. As a result, SAXS, CD, and NMR data strongly suggest that these temperature-dependent structural changes were primarily due to a reduction in the content of the polyproline II (PPII) helix. Moreover, quasielastic neutron scattering studies revealed a slight change in the activation energy in a similar temperature range. Considering the concept of glass transition, it is posited that dynamical cooperativity between the PPII helix and water may play a significant role in these structural changes. The findings suggest that internal dynamics are crucial for regulating the structure of IDPs, highlighting the importance of considering dynamical cooperativity in future studies of protein behavior under varying temperature conditions.
Kumar, S.*; Saha, D.*; 高田 慎一; Aswal, V. K.*; 瀬戸 秀紀
Applied Physics Letters, 118(15), p.153701_1 - 153701_7, 2021/04
被引用回数：12 パーセンタイル：49.56(Physics, Applied)We report the pathways to suppress or enhance the protein adsorption on nanoparticles and thereby control the stability of the nanoparticle-protein complexes with the help of selective additives. This has been achieved by tuning the electrostatic interaction between the nanoparticles and proteins, in the presence of surfactant and multivalent counterions. The preferential binding of the proteins with the surfactant and multivalent ions induced charge reversibility of nanoparticles can lead to adsorption of an otherwise non-adsorbing protein and vice versa. The findings are demonstrated for anionic silica nanoparticles and two globular proteins [lysozyme (cationic) and bovine serum albumin (BSA) (anionic)] as model systems, in the presence of two ionic surfactants [anionic sodium dodecyl sulfate (SDS) and cationic dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB)], and ZrCl
as multivalent salt.
-synuclein related to propensity to amyloid fibril formation藤原 悟*; 河野 史明*; 松尾 龍人*; 杉本 泰伸*; 松本 友治*; 成田 哲博*; 柴田 薫
Journal of Molecular Biology, 431(17), p.3229 - 3245, 2019/08
被引用回数：20 パーセンタイル：55.51(Biochemistry & Molecular Biology)パーキンソン病発症には、脳細胞中の「-シヌクレイン」というタンパク質が線維状に集合した状態(「アミロイド線維」と呼ばれる)となることが関係すると考えられており、どのようなメカニズムでこのアミロイド線維が形成されるのかに強い関心が寄せられている。そこで研究チームは、タンパク質分子の「動き」に着目し、アミロイド線維のできやすさが様々に異なった条件でのタンパク質の動きを、J-PARCの中性子準弾性散乱装置を用いて調べた。その結果、タンパク質分子の動きの違いによりアミロイド線維のできやすさが変わること、特にアミロイド線維ができるためには、タンパク質同士が集合しやすくなるような特定の動きが必要なことを明らかにした。
新村 信雄; 新井 栄揮; 栗原 和男; 茶竹 俊行*; 田中 伊知朗*; Bau, R.*
Cellular and Molecular Life Sciences, 63(3), p.285 - 300, 2006/02
被引用回数：41 パーセンタイル：36.56(Biochemistry & Molecular Biology)中性子回折は蛋白質やDNAの水素位置を直接的に決定する実験手法である。三つの異なったタイプの生体物質用高分解能中性子回折計が日本,フランス,アメリカに建設され、それらは近年、多くの蛋白質の結晶構造を決定するために頻繁に用いられてきた。本論文では、詳細な水素結合のジオメトリー,蛋白質及び核酸のH/D交換に関する情報,プロトンの正確な位置決定,酵素活性及び熱安定性における水素原子の役割,水和構造の動力学的挙動など、中性子構造解析から引出された成果を取り上げる。その他の重要な技術として開発された、結晶化相図による大型単結晶育成の最適化,完全重水素化蛋白質の調製,中性子蛋白質結晶学におけるクライオ技術の導入,生体水素水和水データベースの設立なども本論文中にて議論する。
目次 正一
Journal of the Physical Society of Japan, 74(6), p.1865 - 1870, 2005/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)私たちはタンパク質シミュレーションにおける、標本抽出の集合の収束がタンパク質のコンフォメーショナル空間多次元性にどう影響されるかという問題を研究する。二次モーメントで幾つかの重要な物理量は構成されるので、私たちは、二次モーメントの十分な収束に必要なシミュレーションの時間を得るのを試みる。私たちはタンパク質の分子力学シミュレーションとその後の主成分(PC)分析を実行する。シミュレーション時間が増加するにつれて、より小さい振幅のPCベクトルが特定されて、その後より大きい振幅のベクトルが特定される。この連続した特定と平衡化メカニズムが、タンパク質シミュレーションが有用だということを示している。
Schyman, P.*; Danielsson, J.*; Pinak, M.; Laaksonen, A.*
Journal of Physical Chemistry A, 109(8), p.1713 - 1719, 2005/02
被引用回数：41 パーセンタイル：77.16(Chemistry, Physical)DNA損傷の修復酵素であるヒト8-オキソグアニンDNAグリコシラーゼがグリコシル結合を切断する際の活性リジン(Lys 249)の働きについて調べた。このリジンは、プロトンをアスパラギン酸塩へ供給することにより活性化した後に、S
2タイプの反応により求核試薬として働くと考えられてきた。本研究では、会合と解離プロセスを調べるのに、ハイブリッド密度汎関数理論を用いた。その結果、反応最小エネルギーバリアがS1タイプのメカニズムを含むことを見いだした。S1タイプのメカニズムでは、リジンが静電的に解離基を安定化し、非常に小さなバリアでプロトンを供給し、最終的にペントース環を攻撃して共有結合で結ばれたタンパク質とDNA中間複合体をつくる。これは、このタイプの酵素の反応にとって、解離メカニズムが頻繁に起こりうるモードであるという仮説をサポートしている。
新村 信雄; 新井 栄揮; 栗原 和男; 茶竹 俊行*; 田中 伊知朗*; Bau, R.*
Hydrogen- and Hydration-Sensitive Structural Biology, p.17 - 35, 2005/00
原研において、われわれは生体高分子のための幾つかの高分解能中性子回折計(BIX-type回折計)を建設した。この論文では、BIX-type回折計で得られた、蛋白質中の水素位置及び水和に関する幾つかの興味深い結果について再考する。中性子蛋白質結晶学の一般的な話題が著者らによって再考され、選ばれた幾つかのトピックスが議論される。
木村 英雄; 酒井 智*
JAERI-Data/Code 2004-008, 41 Pages, 2004/02
JAERI-Data-Code-2004-008.pdf:4.76MB
アミノ酸配列からのタンパク質立体構造予測は非常に難しい問題であり、多くの研究者がこの難題について研究している。その難しさの原因は大きく分けて2つある。1つは、可能性のある立体構造を探索することの難しさであり、もう1つは、タンパク質の天然状態を安定に保っている相互作用エネルギーを精度よく計算することの難しさである。この問題を解くことを目的としたタンパク質立体構造予測システムを、神戸大学,奈良先端科学技術大学院大学,日本原子力研究所の3機関で開発している。これは、モンテカルロ法を用いたタンパク質立体構造予測解析をGrid環境上で実行することで、精度の高い立体構造を求めるシステムである。また、本システムは、Web画面よりジョブの投入,ジョブの実行状況確認,解析結果の確認を行うことができ、ユーザの利便性についても考慮したシステムとなっている。このシステムで行うタンパク質立体構造予測解析は、神戸大学で行っている解析を対象とする。そして、奈良先端科学技術大学院大学がGrid環境の構築を行い、日本原子力研究所が解析結果の管理、及び表示を行うシステムを構築する。本報告書は、日本原子力研究所で構築している解析結果の管理、及び表示を行うシステムについて報告する。
新村 信雄; 栗原 和男; 田中 伊知朗
化学, 59(2), p.46 - 47, 2004/02
タンパク質は3次元立体構造を構築してはじめて機能(酵素反応,情報伝達等)を発揮し、それには、水素原子,水分子及び分子内,分子間水素結合が直接的,間接的に関与している。しかし、水素原子からのX線の散乱は極めて弱いので、X線結晶解析法で決定された立体構造には水素原子の位置情報が含まれない。そのため、常に水素原子が絡んだ機能解明には何らかの類推が入り、議論をあやふやにしていた嫌いがあった。これを可能にする唯一の実験手法が中性子回折法である。われわれは中性子イメージングプレート(NIP)や高性能中性子モノクロメータを開発実用化し、これらを備えた世界最高性能の中性子回折装置を原研JRR-3に設置した。原子炉からの熱中性子(波長約0.1nm)をタンパク質単結晶(1mm角が必要)に照射し、単結晶でブラグ反射した中性子をNIPで検出し、解析することで、原則的にタンパク質や水和水のすべての水素原子を決定できる。熱中性子はタンパク質結晶に放射線障害を与えないので、実験は常温下で行える。これらデータを解析することで、タンパク質や水和構造の水素原子を決定する。なお、現在世界でタンパク質の中性子回折実験ができるのは、日本の原研,フランスのラウエランジュバン研究所,アメリカのロスアラモス研究所の3か所である。
Slovic, A. M.*; 河野 秀俊; Lear, J. D.*; Saven, J. G.*; DeGrado, W. F.*
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(7), p.1828 - 1833, 2004/02
被引用回数：90 パーセンタイル：79.52(Multidisciplinary Sciences)計算にもとづく設計により、膜蛋白質の可溶化に成功した。膜蛋白質は、水にとけないことから、結晶化をはじめその性質を調べることが非常に困難である。われわれは、世界ではじめて可溶化に成功し、膜蛋白質の構造解析,性質解析の新たな道を開いた。
柴田 薫; 田村 格良; 曽山 和彦; 新井 正敏; Middendorf, H. D.*; 新村 信雄
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 1, p.351 - 354, 2003/07
生体高分子,生体物質及び関連するソフトマターの動的構造を研究することを主たる目的として計画,設計されている生物用非弾性散乱装置DYANAの最適化デザインの検討結果について述べる。本装置は、日本原子力研究所東海研究所において建設が進められている大強度陽子加速器施設プロジェクトのなかの物質・生命科学実験施設パルス中性子源に設置することが提案されている。DYANA分光器は逆転配置型結晶解析分光器でカバーするエネルギー・運動量範囲はそれぞれ数
eV
数meV, 0.1
数になる。これらの分光器の仕様により、蛋白質分子の運動を解析が可能になることが期待される。
柴田 薫; 田村 格良; 曽山 和彦; 新井 正敏; 新村 信雄
JAERI-Research 2002-036, 30 Pages, 2003/03
JAERI-Research-2002-036.pdf:1.79MB
生体高分子,生体物質及び関連するソフトマターの動的構造を研究することを主たる目的として計画,設計されている生物用非弾性散乱装置DYANAの最適化デザインの検討結果について述べる。本装置は、日本原子力研究所東海研究所において建設が進められている大強度陽子加速器施設プロジェクトのなかの物質・生命科学実験施設パルス中性子源に設置することが提案されている。DYANA分光器は逆転配置型結晶解析分光器でカバーするエネルギー・運動量範囲はそれぞれ数eV 数meV, 0.1 数になる。これらの分光器の仕様により、蛋白質分子の運動を解析が可能になることが期待される。
高機能材料第1研究室
JAERI-Conf 2002-003, 225 Pages, 2002/03
JAERI-Conf-2002-003.pdf:13.75MB
本シンポジウムは、アジア諸国との研究協力のもとに進めている天然高分子の放射線加工処理に関する第3回目の会合として、昨年に引き続き開催された。会議では、澱粉,絹タンパク質,海産多糖類の放射線加工などについて、研究成果を中心に報告及び討議が行われた。澱粉及びセルロースに関しては、放射線分解型の多糖類が水溶化してペースト状で照射することにより橋かけし、創傷被覆材や生分解性プラスチックとして幅広い利用の可能性があることが示された。絹タンパク質に関しては、放射線分解した絹繊維の微粉化,水溶化,抗菌性などの成果が報告された。海産多糖類に関しては、キトサンやアルギン酸の放射線分解物は、植物の生長に極めて有効であること、抗菌性が増すことが報告された。また、放射線利用の経済規模に関して、医学,農業,工業の各分野における日米比較の結果が報告された。本シンポジウムの成果は、日本及び東南アジア諸国の放射線利用分野の発展に寄与できるものと期待される。本シンポジウムには、外国人16名,国内の大学・国公立機関及び民間企業から23名,原研24名の計63名が参加した。本論文集は、シンポジウムで発表された論文等を収録したものである。
田中 伊知朗; 栗原 和男; 茶竹 俊行; 新村 信雄
Journal of Applied Crystallography, 35(Part1), p.34 - 40, 2002/02
生体高分子の水素原子の位置を決定するために、生体高分子結晶構造解析用高性能中性子回折計(BIX-3)が日本原子力研究所(JAERI)JRR-3Mに建設された。これには、中性子イメージングプレートや筆者らが開発した弾性湾曲シリコンモノクロメータなどのいくつかの最新の革新的技術が採用されている。これらのおかげでこの回折計はコンパクトな垂直型配置が可能となった。タンパク質のミオグロビンやルブレドキシンからのデータ収集は約1ヶ月で、高精度に水素原子位置を同定できる1.5
分解能のデータであった。ブラッグ反射強度を測定するために結晶ステップ走査法を採用することにより、シグナル・ノイズ比はラウエ法と比較して大変良好だった。これはBIX-3が現在、世界のタンパク質用の中性子結晶構造解析装置のなかで最良の装置の一つであることを示している。
SOS-regulated UmuD
proteinSutton, M. D.*; Guzzo, A.*; 鳴海 一成; Costanzo, M.*; Altenbach, C.*; Ferentz, A. E.*; Hubbell, W. L.*; Walker, G. C.*
DNA Repair, 1(1), p.77 - 93, 2002/01
UmuDタンパク質は、大腸菌DNAポリメラーゼの調節サブユニットであり、触媒サブユニットであるUmuCタンパク質と複合体を形成し、DNA損傷薬剤及び紫外線による突然変異誘発促進作用の根本的な機構である「誤りがち損傷乗り越え修復」に重要な役割を果たす。この論文では、実験的解析を基に、UmuDホモ2量体タンパク質の構造についての正確なモデルを構築し、このタンパク質の構造変化とDNAポリメラーゼVの作用調節との密接な関係を考察した。
新村 信雄
Journal of the Physical Society of Japan, 70(Suppl.A), p.396 - 399, 2001/05
原研では生体高分子用中性子回折装置(BIX-3)の建設を完了した。これにより、ミオグロビン、ルブレドキシンの中性子構造解析を行い、分解能1.5Aが得られた。これは世界で始めて達成された新記録であり、これにより、タンパク質内の水素結合の詳細、H/D交換が分子のダイナミクスや分子中での立体配置に直接関係すること、水和構造の詳細が明確に得られた。
高機能材料第1研究室
JAERI-Conf 2001-005, 273 Pages, 2001/03
JAERI-Conf-2001-005.pdf:25.03MB
本シンポジウムは、昨年の2国間研究協力相手国5か国のみを対象とした天然高分子の放射線加工ワークショップに引き続き、範囲をその他のアジア地域関連国まで拡大して開催したものである。会議では、放射線分解した多糖類の植物成長促進効果や抗菌作用,創傷被覆剤としてのハイドロゲル,タンパクアレルギーを起こさないゴム手袋の製造などに関する成果が報告され、それぞれの天然高分子の放射線処理による新機能発現に関して、国内外参加者から強い興味が示されるとともに活発な意見交換が行われた。また、今回のシンポジウムでは、アジア各国の要職にある研究者も招へいしたため、天然高分子の放射線処理による新機能発現に関する成果報告のみならず、アジア各国の放射線処理に関する研究の現状や国際協力のあり方などについての意見交換を行うことができた。本ワークショップには国内外の研究者80名(外国人20名,国内28名,原研32名)が参加し、アジア諸国8か国から17件,原研から10件,外部機関からの招待講演2件の講演を行った。本論文集、シンポジウムで発表された論文等を収録したものである。
長尾 誠也; 坂本 義昭; 田中 忠夫; 小川 弘道
Proceedings of OECD/NEA Workshop on Evaluation of Speciation Technology, p.181 - 188, 1999/00
天然水中において、重金属やアクチノイドはさまざまな分子サイズ、電荷等の複雑な物理化学的な溶存形態を有している。地圏におけるこれらの元素の動態は土壌、岩石との複雑な物理化学的反応に支配され、元素の溶存形態によりその反応が異なる。そのため、これらの元素の移行挙動を予測するためには、溶存形態を把握することが重要となる。本研究では、アクチノイドの溶存形態の支配因子の1つと考えられている有機物に着目し、有機物濃度及びイオン強度が異なる3つの地下水にPuとAmを添加し、形成される疑似コロイド及び錯体の特性を検討した。その結果、腐植物質に富む地下水では、加水分解を起こすpH領域にもかかわらず、PuとAmは腐植物質と疑似コロイドを形成した。また、腐植物質の濃度が低く、タンパク質が存在する地下水では、Amは粒子として沈着するが、Puはタンパク質様物質とコロイドを形成することが確認された。
-irradiation田中 淳; 平野 久*; 菊地 正博; 北山 滋*; 渡辺 宏
Radiation and Environmental Biophysics, 35, p.95 - 99, 1996/00
被引用回数：31 パーセンタイル：72.77(Biology)放射線耐性細菌であるDeinococcus radioduransの線照射による蛋白質の変化を二次元電気泳動法により調べた。6kGy照射により、13種以上の蛋白質が減少または消失し、9種の蛋白質が増加または出現した。増加または出現した蛋白質のうち、3つの蛋白質は線量に依存して増加し、また放射線感受性株では誘導が見られないことから、放射線耐性に直接関与する蛋白質であることが示唆された。このうち、分子量約46kDaの蛋白質は紫外線照射や線照射後の培養によっても多量に増加される特徴を持ち、さらに部分アミノ酸配列分析から大腸菌の延長因子(EF-Tu)蛋白質と高い相同性があることが明らかとなった。また分子量約60kDaの蛋白質は線照射後の培養とマイトマイシンC処理により強く誘導されることから、DNA修復に関与する蛋白質であることが示唆された。
田中 淳; 渡辺 宏; 野澤 蘭子; 田野 茂光*
第2回原研・大学プロジェクト共同研究成果発表会報文集, 0, p.100 - 103, 1992/00
放射線耐性細菌であるDeinococcus radioduransは線照射により10種類の蛋白質を誘導する。これらの蛋白質のうち、8種類の蛋白質は他のストレス処理によっても誘導される。また、放射線感受性株との比較から、2種類の蛋白質が、放射線耐性株に特異的に誘導されることが明らかとなった。分子量約46kDaの蛋白質は紫外線や熱処理によっても誘導される特徴を持つ。またレクチンを用いた検出法により、糖鎖を持つ蛋白質であること、アミノ酸配列分析から大腸菌の延長因子EF-Tu蛋白質と相同性が有ることが示唆された。また、分子量約60kDaの蛋白質は線とマイトマイシンCにより強く誘導されることから、DNA修復に直接関与する、未知の蛋白質である可能性が示された。
