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研究概要

蛋白質・核酸などの生体高分子は、立体構造だけでなく、動きや分子間相互作用によって機能します。本研究室では溶液NMRを中核に、X線結晶構造解析、MicroED、熱測定、計算科学を組み合わせ、複合体形成や細胞内構造を原子レベルで解析します。得られた情報を、低分子化合物の合理設計、植物の花成・免疫制御、神経変性疾患に関わる液－液相分離、簡便な粒子計測技術へ展開しています。

アドバンテージ

NMRは、溶液中で分子を壊さずに観測し、弱い結合、過渡的な複合体、分子運動、結合部位を同時に評価できる点が強みです。長年にわたる生体分子NMRの経験を基盤に、試料調製から測定、構造計算、化合物スクリーニングまで一貫して対応します。NMR単独に限定せず、X線、MicroED、光学測定、AlphaFold、RFdiffusionなどを目的に応じて統合し、企業や異分野研究者の課題を実行可能な研究計画へ落とし込みます。

事例紹介

（１）核酸を標的とする低分子化合物の合理設計
DNAミスマッチと低分子化合物が一過的に形成する複合体を、超高磁場NMR、安定同位体標識、^31P-NMR、MicroEDを組み合わせて解析しました。複合体を安定化する相互作用を基に新たな分子を設計し、核酸標的創薬において過渡的構造を利用する設計戦略を提案しました。

（２）植物の花成・免疫機構の解析と制御化合物の探索
花成ホルモンであるフロリゲンや植物免疫蛋白質が形成する複合体の構造と相互作用を解析しています。フロリゲン活性化複合体の形成を阻害する低分子化合物を探索し、開花時期や植物機能を化合物によって制御する技術への展開を進めています。

（３）汎用プレートリーダーを用いた粒子径・LLPS解析
汎用マイクロプレートリーダーで測定したUV-Visスペクトルから、液滴や微粒子の大きさを推定する手法を開発しました。特殊な光学装置や蛍光標識を必要とせず、多数の試料の粒子形成や成長をリアルタイムで追跡でき、創薬、蛋白質凝集、コロイド・材料評価への応用が期待されます。

主な所属学会

日本核磁気共鳴学会 / 日本蛋白質科学会 / 日本生物物理学会

主な論文

（１）Enomoto-Kusano, M. et al. LLPS droplet size estimation via UV–Vis spectroscopy using a microplate reader. Sci Rep 16, 3533 (2026). DOI: 10.1038/s41598-025-33638-8
（２）Sakurabayashi, S. et al. NMR-Based Rational Drug Design of G:G Mismatch DNA Binding Ligand Trapping Transient Complex via Disruption of a Key Allosteric Interaction. J Am Chem Soc 147, 14254-14269 (2025). DOI: 10.1021/jacs.4c17538
（３）Taoka, K. et al. 14-3-3 proteins act as intracellular receptors for rice Hd3a florigen. Nature 476, 332–335 (2011). DOI: 10.1038/nature10272

主な特許

（１）特許第5842287号「フロリゲン活性化複合体」発明者：大木 出、田岡健一郎、辻 寛之、児嶋長次郎、島本 功

主な著書

（１）『タンパク質の構造解析手法とIn silicoスクリーニングへの応用事例　AlphaFold、In silico創薬、NMR、X線、クライオ電子顕微鏡』技術情報協会、2023年
担当：「溶液NMRの手法を用いたタンパク質の立体構造解析」「溶液NMRの測定条件設定と試料前処理」

（２）『創薬研究のための相互作用解析パーフェクト』羊土社、2021年
担当：「フラグメント創薬（FBDD）のための溶液NMR実験法」
「水素-重水素交換質量分析（HDX-MS）実験法による相互作用部位の解析」

（３）『基礎から学ぶ構造生物学』共立出版、2008年
担当：「膜タンパク質の構造研究手法とその解析法」

主な研究機器・設備

（１）600 MHz高感度溶液NMR装置
^1H・^19F・多核測定対応高感度プローブ
（２）マイクロプレートリーダー
UV-Visスペクトル、多検体測定、LLPS・粒子径・凝集過程の時系列解析
（３）蛋白質試料調製設備
組換え蛋白質の発現・精製、安定同位体標識、NMR試料調製に対応

主な地域活動（国内、特に神奈川県内）

（１）高等学校での出張講義を通じた、大学研究の社会発信、理科教育支援、次世代研究人材の育成
（２）NMR実用技術交流会の設立などを通じた、地域の研究者・技術者を対象とするNMR技術交流と人材育成
（３）横浜市立大学をはじめとする地域の大学・研究機関との植物科学・創薬分野の共同研究