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研究内容
計画班
A01 マイコプラズマ滑走運動のメカニズム
| 代表者 |  宮田真人（大阪市立大学大学院理学研究科・教授・細菌学/生物物理学） |
|---|---|
| 研究分担者 |  西坂崇之（学習院大学理学部・教授・生物物理学） |
| 連携研究者 |  古寺哲幸（金沢大学理工研究域数物科学系・准教授・生物物理学) |
有史以来初のパンデミック（世界的大流行）の様相を呈しつつある，‘マイコプラズマ肺炎’は，病原性細菌である‘マイコプラズマ’によって起こる．マイコプラズマは菌体の片側に装置を形成し，全くユニークなメカニズムで宿主表面を“滑走運動”する．この運動はマイコプラズマの感染に必須で，最速種では，毎秒4ミクロンに達する．研究代表者はこれまでに，滑走の装置とその構成タンパク質，直接のエネルギー源，結合対象，などを明らかにし，運動メカニズムを説明する作業仮説を提案している．本計画研究では，この仮説にさらに踏み込むため，領域メンバーとの緊密な連携のもと，以下の研究を行う．(1) 電子顕微鏡観察により滑走装置の三次元像を明らかにする（加藤（本間班），片山（上田班）），(2) 結晶構造解析（今田（伊藤班）），(3) 光学顕微鏡と高速AFMによりATP加水分解に伴う，滑走装置の構造変化を明らかにする（西坂，古寺）．
A01 タンパク質の分泌を駆動する反復モータの作動原理の解明
タンパク質の分泌は，全ての生物に見られる必須の生体反応である．分泌タンパク質の通り道を形成するSecY/Eトランスロコン複合体，分泌駆動モータSecA ATPase，分泌の促進に関与する膜タンパク質SecDFが主要な役割を持つ．研究代表者は，これら重要因子全てのX線結晶構造解析と構造情報に基づいた生化学的解析から，「SecAは，ATP加水分解エネルギーを用いて細胞質側からSecY/Eトランスロコン内に分泌タンパク質を押し込む反復モータとして，SecDFは，膜を挟んで形成されるプロトン駆動力を用いて，非細胞質側から膜透過途上の分泌タンパク質を引っ張る反復モータとして協同的に機能し，一方向性のタンパク質の運動を可能にしている．」との作業仮説を提唱した．本研究では，この両反復モータSecA，SecDFの作動メカニズムとエネルギー変換機構を明らかにするために，立体構造情報に基づいた詳細な生化学解析を進める．更に，輸送装置の全体像の解明を目指し，SecA-(SecY)2，(SecY)2-SecDF複合体のX線結晶構造解析を進める．連携研究者の塚崎に膜タンパク質複合体結晶化の助言を求める．
A02 べん毛超分子モーターの運動エネルギー変換メカニズム
| 代表者 |  本間道夫（名古屋大学大学院理学研究科・教授・生物物理学/生化学） |
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| 研究分担者 |  加藤貴之 （大阪大学大学院生命機能研究科・助教・構造生物学） |
 南野 徹 （大阪大学大学院生命機能研究科・准教授・分子遺伝学） |
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| 連携研究者 |  小嶋誠司 （名古屋大学大学院理学研究科・准教授・生化学/生物物理学） |
 児嶋長次郎（大阪大学蛋白質研究所・准教授・生物物理学） |
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 神取秀樹（名古屋工業大学・教授・生物物理学） |
細菌べん毛は，イオン流入のエネルギーを動力源として高速で回転運動する膜超分子マシナリーである．これまでに，回転子および固定子を構成する部品が同定され，それらの原子構造も明らかにされつつある．しかしながら，べん毛モーターがどのようにイオン流のエネルギーを回転力に変換するのかは不明である．本申請では，べん毛モーターの運動マシナリーとしての原理追求を目指し，動的な構造解析を強力に推進し，運動力発生機構を明らかにする．NMR，X線結晶構造解析，極低温電子顕微鏡による構造解析を相補的に利用することで，べん毛モーター超分子複合体の高分解能原子構造情報を取得するとともに，ナノ光計測技術を開発，活用し，遺伝学的機能解析法を上手く組み合わせてべん毛モーターの力発生の素過程を解析することで，固定子—回転子分子間相互作用による力発生機構の解明を目指す
A02 ハイブリッド型生物モーターのイオン選択透過分子機構の解明
近年，好アルカリ性Bacillus属細菌から外環境に応答してH+とNa+の二種類の共役イオンを使い分ける新奇な“ハイブリッド型べん毛モーター”が発見された．イオンチャネルとして機能するべん毛固定子Mot複合体のイオン選択透過分子機構の詳細は未だ解明されていない．その解明は，モーターの動作原理の研究に資するだけでなく，イオン選択透過分子機構の研究，さらには環境適応進化の分野やナノテクノロジー分野へも貢献が期待できる波及効果の大きな研究課題である．研究代表者の伊藤は，ハイブリッド型べん毛モーター固定子と卖一のイオンのみを利用する固定子のイオン選択透過の違いから両タイプの固定子を分子生物学および構造解析手法により比較解析する方法でイオン選択透過分子機構を明らかにする．さらに，連携研究者の今田と協力して，べん毛固定子複合体のX線結晶構造解析からのイオン選択透過分子機構を明らかにする． 本申請では，イオン選択透過分子機構の解明を目指すとともにこれと密接に関連する本間班らの研究成果の情報と組み合わせることで，モーターの動作原理の理解を深化させることを目指す．
A03 バクテロイデーテス細菌の滑走運動マシナリーの構造とダイナミクス
| 代表者 |  中山浩次（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科・教授・細菌学） |
|---|---|
| 研究分担者 |  佐藤啓子（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科・助教・細菌学） |
| 連携研究者 |  中根大介（学習院大学理学部・助教・細菌学／生物物理学） |
様々な感染症を引き起こすバクテロイデーテス細菌は，固形物の表面にはりつき，滑るように動くことができる．この滑走運動には，歯周病原細菌の病原タンパク質分泌とよく似たタンパク質群が関わる．つまり，運動と分泌という２つの役割をもつ複合マシナリーといえる．研究代表者らは，これらのタンパク質群を遺伝学的なアプローチで同定してきた．しかし，ほとんどが機能未知であるため，マシナリーの形や動きに関する情報は乏しく，既存の知識は予防や治療に役立つレベルには程遠い．最近，我々は，一部タンパク質が，外膜上を毎秒2 ミクロンの速さで動き回ることで，推進力を生み出していることを見つけた．これは，『ベルトコンベアー』のように膜上のタンパク質群を高速で動かすメカニズムがあることを示唆している．本研究では，他の班と協力してこの新奇運動マシナリーの全容を解明する．(i) マシナリーの光学顕微鏡下での３次元的可視化（宮田班・西坂）．(ii) マシナリーのコアとなるタンパク質の卖離と結晶構造解析（伊藤班・今田），及び電子顕微鏡構造解析（本間班・加藤）．(iii) マシナリーと，そのセンサーや骨格構造とのつながり（上田班）．
A03 磁気感応運動マシナリーの構造機能相関
磁性細菌は地磁気を感知し，磁気に沿って移動する（走磁性）ことで，環境中において生育に有利な環境を見いだしている．走磁性は，磁気センサーであり情報の“Input”を行う超分子複合体「マグネトソーム」と，運動装置として“Output”を担当する超分子複合体「べん毛」という２つの超分子複合体の連携によって可能となる．本研究では，未知の超分子複合体であるマグネトソームの形成メカニズムと，「べん毛」との連携による機能発現のマシナリーを，微生物学，生物物理学，細胞生物学的手法を用いて 解明する．本研究により，走磁性のマシナリーを解明することができれば，微生物における磁気感知機構が明らかになるだけでなく，有用な性質 を有する微生物に走磁性を付与する新技術の開発研究も可能となる．さらに，本研究の成果により，未知である原核細胞オルガネラの形成・機能のメカニズムにも迫ることができ，微生物学の基礎と応用の両面に貢献できる．
A03 アメーバ運動を統御するアクチン構造多型マシナリー
| 代表者 |  上田太郎（早稲田大学・先進理工学部物理学科・教授・生物物理学/細胞生物学） |
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| 研究分担者 |  徳楽清孝 （室蘭工業大学大学院工学研究科・准教授・生化学） |
 長崎 晃（産業技術総合研究所バイオメディカル研究部門・研究員・細胞生物学） |
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 野口太郎（都城工業高等専門学校・物質工学科・講師） |
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| 連携研究者 |  片山栄作（大阪市立大学大学院理学研究科・特任教授・構造生物学） |
| 連携研究者 |  若林健之（帝京大学・医療技術学部・教授） |
| 連携研究者 |  高野光則（早稲田大学・理工学術院・教授） |
| 連携研究者 |  五味渕由貴（帝京大学・医療技術学部・ポスドク） |
アクチンフィラメントは，真核細胞において多様で重要な機能を果たしている．たとえば，アメーバ細胞の前部では，Arp2/3と相互作用するアクチンフィラメントの重合が細胞膜を前に押し出し，後部ではミオシンIIとの相互作用が収縮を起こす．しかし細胞内で共存するアクチンフィラメントが，どのようにして異なるアクチン結合タンパク質と適切に相互作用できるのか大きな謎である．われわれは，アクチンフィラメントには複数の異なる構造があり，それぞれが特異的なアクチン結合タンパク質と結合することで機能分化するという独自の仮説を提唱しており，本計画研究ではこれを生化学的(分担：徳楽）および構造学的手法（同・長崎，片山）を駆使して包括的に証明することを目指す．さらに他の計画研究と連携し，細菌アクチンにおいても構造多型とそれに基づく機能分化が見られるか検証し，真核および原核生物におけるアクチンフィラメントの機能的多様性を支える構造多型性の統一的な理解をはかる．
公募班（2015〜2016年度）
A01 多機能運動装置ハプトネマが示す新規微小管系屈曲運動のメカニズム
| 代表者 |  稲葉 一男(筑波大学・生命環境・教授) |
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| 連携研究者 |  柴 小菊(筑波大学下田臨海実験センター・助教) |
| 連携研究者 |  広瀬 恵子(産業技術総合研究所・バイオメディカル研究部門・上級主任研究員) |
A01 ダイニンと制御タンパク質の超分子複合体による多様な運動モードの制御マシナリー
| 代表者 |  豊島 陽子(東京大学・総合文化研究科・教授) |
|---|---|
| 連携研究者 |  村山 尚(順天堂大学医学部薬理学講座・准教授) |
A01 マイコプラズマ滑走タンパク質の構造ダイナミクス解析
| 代表者 |  新井 宗仁 (東京大学・総合文化研究科・准教授) |
|---|---|
| 連携研究者 |  林 勇樹(東京大学・大学院総合文化研究科・助教) |
A01 軸糸微小管翻訳後修飾による軸糸ダイニンの運動活性変化
| 代表者 |  池上 浩司(浜松医科大学・医学部・准教授) |
|---|---|
| 連携研究者 |  西坂 崇之(学習院大学理学部物理学科・教授) |
| 連携研究者 |  枝松 正樹(東京大学大学院総合文化研究科生命環境科学系・助教) |
A01 極限環境下にある深海微生物の生存戦略イメージング
| 代表者 |  西山 雅祥(京都大学・白眉センター・特定准教授) |
|---|---|
| 連携研究者 |  加藤 千明(海洋研究開発機構・海洋生物多様性研究分野・シニアスタッフ) |
神谷 律A01 肺炎マイコプラズマの接着滑走マシナリーの微細構造解明と構成タンパク質の構造解析
| 代表者 |  見理 剛(国立感染症研究所・室長) |
|---|---|
| 連携研究者 |  森 茂太郎(国立感染症研究所・細菌第二部・室長) |
| 連携研究者 |  清水 隆(山口大学・共同獣医学部・准教授) |
A02 膜電位駆動型分子モーターの運動制御機構の解明
| 代表者 |  渡邉 力也(東京大学・工学系研・助教) |
|---|---|
| 連携研究者 |  曽我 直樹(日本学術振興会・特別研究員PD) |
A02 免疫細胞におけるインテグリン動態制御マシナリーの解明
| 代表者 |  錦見 昭彦(北里大学・理学部・准教授 ) |
|---|---|
| 連携研究者 |  片桐 晃子(北里大学理学部・教授) |
| 連携研究者 |  石原 沙耶花(北里大学理学部・助手) |
曽和 義幸A03 原生動物の宿主細胞侵入マシナリーの作動原理の解明と構造解析
| 代表者 |  加藤 健太郎(帯広畜産大学・原虫病研・特任准教授 ) |
|---|---|
| 連携研究者 |  田之倉 優(東京大学・大学院農学生命科学研究科・教授) |
A03 スピロヘータ運動の変形と力学
| 代表者 |  中村 修一 (東北大学・工学系研・助教) |
|---|---|
| 連携研究者 |  小泉 信夫(国立感染症研究所・細菌第一部・主任研究員) |
| 連携研究者 |  林 史夫(群馬大学 研究・産学連携戦略推進機構機器分析センター・准教授) |
A03 運動タンパク質素子による原形質流動の自律的構築
| 代表者 |  伊藤 光二(千葉大学・理学系・准教授 ) |
|---|---|
| 連携研究者 |  平塚 祐一(北陸先端技術大学院大学・マテリアル研究科・准教授) |
A03 重合体フィラメントの動的構造多型と結合タンパクの協同的結合の構造機能相関の解明
| 代表者 |  須河 光弘(東京大学・総合文化研究科・助教 ) |
|---|---|
| 連携研究者 |  矢島 潤一郎(東京大学・大学院総合文化研究科・準教授) |
| 連携研究者 |  岩根 敦子(理化学研究所生命システム研究センター・ユニットリーダー) |
若林 憲一 
田代 陽介
五島 剛太A03 Ｉｎ ｖｉｖｏ細胞集団動態制御と運動マシナリー
| 代表者 |  進藤 麻子(名古屋大学・理学系・助教 ) |
|---|---|
| 連携研究者 |  木下 専(名古屋大学・理学研究科生命理学専攻・教授) |
| 連携研究者 |  臼倉 治郎(名古屋大学・大学院理学研究科構造生物学研究センター・名誉教授) |
| 連携研究者 |  上野 直人(自然科学研究機構基礎生物学研究所・教授) |
申 惠媛
杉村 薫A03 病原性 ＩＶ 型分泌マシナリーの全構造解析
| 代表者 |  久堀 智子(大阪大学・微生物病研究所・特任講師） |
|---|---|
| 連携研究者 |  岩崎 憲治(大阪大学・蛋白質研究所・准教授) |
| 連携研究者 | 川本 晃大 (大阪大学大学院・生命機能研究科・特任研究員) |
| 連携研究者 |  今田 勝巳(大阪大学大学院・理学研究科・教授) |
岩楯 好昭
安永 卓生A03 重合分子モーターにより制御されるプラスミド分配装置の分子機構
| 代表者 |  林 郁子(横浜市立大学・准教授 ) |
|---|---|
| 連携研究者 |  平野 久(先端医科学研究センター・特任教授) |
| 連携研究者 |  安永 卓生(九州工業大学・大学院情報工学研究院生命情報工学研究系 ・教授) |
八木 俊樹
中根 大介
和田 浩史A03 高温平面で細胞の移動を促す線毛運動のメカニズム
| 代表者 |  玉腰 雅忠(東京薬科大学・生命科学部・准教授 ) |
|---|---|
| 連携研究者 |  小池 あゆみ(神奈川工科大学・応用バイオ科学部 応用バイオ科学科・教授) |
塩見 大輔
岡田 康志
森本 雄祐公募班（2013〜2014年度）
A01 膜運動を生み出す小胞形成マシナリーの作動機構の解明
| 代表者 |  佐藤 健(東京大学・総合文化・准教授) |
|---|---|
| 連携研究者 | 依光 朋宏 (東京大学・総合文化・助教) |
A01 モーター超分子複合体の分子構築と運動制御機構の解明
| 代表者 |  豊島 陽子(東京大学・大学院総合文化研究科・教授) |
|---|---|
| 連携研究者 |  村山 尚(順天堂大学・医学部・准教授) |
A01 マイコプラズマGli349タンパク質の構造ダイナミクス解析
| 代表者 |  新井 宗仁(東京大学・大学院総合文化研究科広域科学専攻生命環境科学系・准教授) |
|---|
A01 ESR動的解析法による筋運動スイッチマシナリーと常磁性イオン流モーターの解明
| 代表者 |  荒田 敏昭(大阪大学・大学院理学研究科・准教授) |
|---|---|
| 連携研究者 | 大庭 裕範 (東北大学・多元物質科学研究所・准教授) |
| 植木 正二 (徳島文理大学・香川薬学部・講師) |
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| 桑原 直之 (高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所・研究員) |
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| 三木 正雄 (福井大学・大学院工学研究科・名誉教授) |
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| 渥美 龍男 (岐阜医療科学大学・保健科学部・准教授) |
園部 誠司
神谷 律
若林 健之A01 線虫精子のアメーバ運動メカニズム
| 代表者 |  島袋 勝弥(宇部工業高等専門学校・物質工学科・講師) |
|---|---|
| 連携研究者 | 紺野 宏記 (金沢大学・理工研究域バイオAFM先端研究センター・准教授) |
A01 肺炎マイコプラズマの接着滑走マシナリーの微細構造解明と構成タンパク質の構造解析
| 代表者 |  見理 剛(国立感染症研究所・細菌第二部・主任研究官) |
|---|---|
| 連携研究者 | 森 茂太郎 国立感染症研究所・細菌第二部・室長 |
| 清水 隆 (山口大学・農学部・准教授) |
西山 雅祥
渡邉 力也
中村 修一 
若林 憲一 
垣内 力
増田 真二
上原 亮太A03 ミドリムシにおける走光性制御マシナリーの解明
| 代表者 |  岩崎 憲治(大阪大学・蛋白質研究所・准教授) |
|---|---|
| 連携研究者 | 渡辺 正勝 (光産業創成大学院大学・特任教授) |
| 村田 和義 (生理学研究所・准教授) |
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| 朴 三用 (横浜市立大学・教授) |
岩楯 好昭
武谷 立 
片山 勉 A03 運動マシナリーとしてのAAA型分子シャペロン
| 代表者 |  小椋 光(熊本大学・発生医学研究所・教授) |
|---|---|
| 連携研究者 | 山本 大輔 (福岡大学・理学部・准教授) |
A03 糸状性光合成細菌クロロフレクサス アグリガンスの高速滑走運動を可能にする分子機構
| 代表者 |  春田 伸(首都大学東京大学院理工学研究科・准教授) |
|---|---|
| 連携研究者 | 松浦 克美 (首都大学東京・大学院理工学研究科・教授) |
A03 プラスミド分配を制御するTubZ重合分子モーターの構造機能解析
| 代表者 |  林 郁子(横浜市立大学大学院・生命医科学研究科・准教授) |
|---|---|
| 連携研究者 | 豊岡 公徳 (独立行政法人理化学研究所・機能開発研究グループ・上級研究員) |
| 佐藤 繭子 (独立行政法人理化学研究所・機能開発研究グループ・技師) |
A03 分裂酵母収縮環のin vitro収縮系を用いた細胞質分裂の機構解明
| 代表者 |  馬渕 一誠(学習院大学・理学部・教授) |
|---|---|
| 臼倉 治郎 (名古屋大学・工学部・教授) |
高野 光則A03 バクテリア滑走マシナリーの幾何学と力学
| 代表者 |  和田 浩史(立命館大学・理工学部・准教授) |
|---|---|
| 連携研究者 | 中根 大介 (学習院大学・理学部・助教) |
| Hsuan-Yi Chen (国立中央大学（台湾）・教授) |
塩見 大輔
野口 立彦