研究領域名：生体ナノシステムの制御

1．研究領域名：

生体ナノシステムの制御

2．研究期間：

平成16年度～平成20年度

3．領域代表者：

樋口　秀男（東北大学・先進医工学研究機構・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

　細胞の機能制御には多数のタンパク質が関与するために、タンパク質個々の機能制御だけでは細胞機能の再構築が困難である。細胞レベルの理解とタンパク質分子レベルの理解とをつなぐためには、分子と細胞の中間に位置し、多種類のタンパク質からなる複合体「ナノシステム」とこれらがさらにネットワーク状に統合された「高次ナノシステム」の理解が重要である。本領域の目的は、タンパク質分子の制御機能と細胞の制御機能とを関連づけて理解すると同時に、細胞の制御機構を統合的に理解することである。そのために、運動タンパク質を中心として構築されたナノシステムの構造と制御機能を解明し、より高次のナノシステムの制御を基本制御過程に分解して理解し、細胞機能の制御の統合的な理解へとつなげる。古くから研究が進められているCa（カルシウム）やリン酸化による制御に加え、”力”を制御因子の一つとして扱うのが本特定領域の特長である。
　ポストゲノム研究で現在明らかにされつつあるタンパク質の構造と機能の解析のみでは、ヒトなどの生命体を理解することはできない。生命の理解には、細胞の制御機能の理解が不可欠であり、本領域のように、タンパク質の制御機能と構造の理解にはじまり、タンパク質複合体、高次タンパク質複合体、そして細胞機能へと1つの体系として、細胞の制御機能を多角的かつ統一的に解明することが必要である。それゆえ、本領域はゲノム研究、タンパク質機能そして細胞機能を結ぶ「新しい視点」を生み出すモデル領域となることが期待される。

（2）研究の進展状況及び成果の概要

　本領域の特筆すべき成果は、モータータンパク質ダイニンの組替体の精製と機能評価と天然ダイニン複合体システムの1分子力学測定に世界に先駆けて成功したことである。ダイニンは細胞分裂や小胞輸送などの生命活動に欠かすことのできない分子であるにもかかわらず、これまでその分子機能がほとんど解明されていなかったため、今回の2つの成果により機能解明への道が拓かれた。これらのダイニン研究の成功を受けて、本研究領域では、ダイニン分子機能と制御メカニズムの解明に重点をおいて研究を進めた。その結果、ダイニン分子の加水分解サイトが決定され、構造変化も検出された。このようにダイニンの分子システムの研究が急速に進んだ一方で、ダイニンが多数規則的に並んだ高次システムであるウニ精子鞭毛を用いた研究も進展した。例えば、鞭毛の振動運動制御は鞭毛の屈曲そのものが組込まれた自励システムであることが示された。また、小胞輸送にかかわるミオシン分子はカルモジュリン1分子の脱着運動を制御していることが明らかとなった。また、細胞内での分子機能を理解するための3次元ナノイメージング技術も開発され、細胞内の単一分子のみならず、複合分子システムの制御の解明に向けた研究へと展開している。さらに、細胞内でリン酸化をイメージングする技術も開発され、リアルタイムでリン酸化の測定が可能となった。このように、分子システムから高次システムそして、細胞を1つに繋ぐ方法と実験成果が集まりつつある。

5．審査部会における所見

A（現行のまま推進すればよい）
　ナノシステムとしてのダイニン分子研究を軸として構成された比較的若手中心の研究組織により、細胞内ナノシステム解明に大きな成果を挙げつつある。特定領域研究としての連携もよく、若手の育成や国際シンポジウムの開催などにも積極的に取り組んでおり、この特定領域研究を組織したことの効果は高く評価できる。また、細胞内ナノ計測技術など、この分野の研究を大きく進展させる方法論の開発が進んでいることは、今後の成果に繋がるものと期待される。特に、現在投稿準備中の成果の中に重要な知見が多く見られるようなので、今後の積極的な成果発表に期待したい。