研究領域名：生命秩序の膜インターフェイスを制御するソフトな分子間相互作用

1．研究領域名：

生命秩序の膜インターフェイスを制御するソフトな分子間相互作用

2．研究期間：

平成15年度～平成20年度

3．領域代表者：

阿久津　秀雄（大阪大学・蛋白質研究所・教授）

4．領域代表者からの報告

（1）研究領域の目的及び意義

　ヒトをはじめとして多くの生物種のゲノム塩基配列が次々と決まり、生命を担う分子の全容が明らかになってきている。これからの生命科学の中心的な問題は、ゲノムが生み出す蛋白質などからどのようにして高度な秩序を持つ生命体がつくられるかを明らかにすることである。生体分子による生命秩序形成において、秩序間のインターフェイスは決定的な役割を果たす。異なる秩序間のインターフェイスの基本は生体膜である。本研究領域はこの膜インターフェイス機能に注目し、その分子メカニズムの解明にソフトな分子間相互作用という新しい視点から取り組む。この相互作用は安定な複合体を形成するものではなく、次の変化への柔軟性を持っている。さらに、一連の相互作用からなる過程は一つの機能あるいは意味を持つようにプログラムされている。ここにおける個々の相互作用は必ずしも強くないが、適切な相互認識と確実なインターフェイス機能の実現を特徴としている。この分子メカニズムを明らかにするために、構造生物学を基礎にバイオインフォマティクス、細胞生物学、分子生物学等、広い分野の研究者が密接に協力して研究を進める。具体的にはA01　生命秩序の膜インターフェイスにおける信号変換の制御;A02　生命秩序の膜インターフェイスにおける物質移動の制御;　A03　生命秩序の膜インターフェイスを制御するソフトな分子間相互作用の新規な解析法、に取り組んでいる。

（2）研究の進展状況及び成果の概要

　本特定領域研究は発足から3年、順調に研究を進めている。公募研究をとおして多くの優秀な研究者の参加を得、膜インターフェイスに相応しく、膜蛋白質そのものとともに、膜の両側でそれにつながるさまざまな反応を担う蛋白質システムの研究が可能になった。この3年間の研究をとおしてソフトな分子間相互作用への理解も大きく進み始めた。ATP合成酵素関係ではF1の回転を担うβサブユニットのヌクレオチド結合に伴う構造変化がβに固有なものであり、これにはATPからのエネルギーを必要としないことがNMRにより明らかにされた。この可逆的な構造変化と他のサブユニットとの相互作用はまさにソフトなものである。このような相互作用はミトコンドリア蛋白質の膜輸送においても重要であることが示された。このような相互作用を支配する原子の分解能での物理化学的原理を分子シミュレーションによって調べられることも示された。交差飽和移動NMRは膜蛋白質とリガンド、脂質との相互作用をそのような立場から精緻に明らかにすることができる。この面では固体NMRもその有用性を示している。膜蛋白質の結晶構造解析は依然困難ではあるが、着実な前進をしている。昨年にはNa+（ナトリウムイオン）ポンプATPaseの膜部分に存在するKリングの構造がWalkerらとの共同研究で決定され、Science誌の表紙を飾った。新しい方法論の開発による膜インターフェイスへの挑戦は確実に進んでいる。

5．審査部会における所見

A－（努力の余地がある）
　膜インターフェイスの分子メカニズムについて、構造生物学を基盤に解明しようとする本研究領域は、着実に進展していると判断される。膜タンパクとリガンドとの相互作用、それに伴う構造変化および分子シュミレーションなど膜インターフェイスに関して広範な研究がなされ、個々の研究はそれぞれの分野で多くの成果が挙がっている。また、分子間相互作用を解析する新たな方法の開発も進んでいる。領域全体して目指している方向性において統一性に欠く部分があるので、今後は領域代表者のリーダーシップのもと、領域が目指すコンセプトを共有しながら各班員が有機的に連携して研究を推進していくことを期待したい。