構造エピゲノム科学研究室 NMR グループ

構造エピゲノム科学研究室は、3人の教員 （PI） によって構成されています。明石先生は主に質量分析を用いてタンパク質の構造を解析しており、小沼先生は構造生物学に基づいたさまざまな機器や手法を駆使して、タンパク質の構造解析や創薬研究を行っています。そして当グループ（池上）は、主に NMR を用いてタンパク質の構造を調べています。

私たち 3 人に共通しているのは、「タンパク質の構造」を研究の中心に据えているという点です。ただし、ここで言う「構造」とは、単に「形」を決めることだけを意味しているのではありません。構造には、「ダイナミクス」や「相互作用」など、より複雑で多面的な要素が含まれています。

少し分かりにくいかもしれませんので、例として「相互作用」について説明しましょう。一般的な生物学の研究では、たとえば A タンパク質と B タンパク質が結合したことを、電気泳動のゲル写真などで示すことが多いです。しかし、私たちの研究では、最終的な目標は「図」にあります。A と B の立体構造を可視化し、それらがどのように相互作用しているのかを立体的に示すことを目指しています。

では、「ダイナミクス」とは何でしょうか？しばしば、「A と B が結合した」あるいは「結合しなかった」と、まるでオン/オフのように 0 か 100 で表現されることがあります。しかし、私たちの捉え方は常に 「平衡状態」 を前提としています。つまり、A と B は結合と解離を絶えず繰り返している状態にあるのです。

ある瞬間を切り取ると、全体の分子のうち 60% が結合し、残りの 40% が解離しているかもしれません。そして数秒後には、先ほど結合していた A/B の分子が今度は解離していることもあります。しかし、全体としては再び 60% が結合し、40% が解離しているという平衡状態が保たれています。このような「静的」な構造から「動的」な構造への理解の進展が、現代の生物学の深化や、より効果的な薬の開発において極めて重要な役割を果たしています。

以上、簡略化した説明でしたが、「構造＝形」だけではないということが、少しでも伝われば幸いです。

The Structural Epigenomics Laboratory consists of three principal investigators (PIs). Prof. Akashi primarily uses mass spectrometry to analyze protein structures, while Prof. Konuma employs various instruments and methods based on structural biology to conduct protein structure analysis and drug discovery research. My group (Ikegami) focuses mainly on using NMR to investigate protein structures.

What unites the three of us is that we place “protein structure" at the core of our research. However, “structure" here does not simply refer to determining the “shape." Structure encompasses more complex and multifaceted elements such as “dynamics" and “interaction."

This concept may be a bit difficult to grasp, so let's use “interaction" as an example. In general biological research, for instance, the binding of protein A and protein B is often demonstrated in an electrophoretic gel. However, in our research, the ultimate goal is to create a “diagram." We aim to visualize the three-dimensional structures of A and B and to show in three dimensions how they interact.

So, what is “dynamics"? The idea of “A and B are bound" or “not bound" is often simplified to an on/off state, expressed as 0 or 100. However, our understanding is always based on the assumption of an “equilibrium state." In other words, A and B are continuously undergoing association and dissociation.

At a given moment, 60% of the molecules may be bound, and the remaining 40% may be dissociated. A few seconds later, the A/B molecules that were previously bound may dissociate. Nonetheless, an overall equilibrium state is maintained, with 60% bound and 40% dissociated. Progress in understanding how “static" structures transition to “dynamic" structures plays a crucial role in advancing modern biology and in the development of more effective drugs.

Although this explanation is greatly simplified, we are pleased to emphasize that “structure" is not just about shape.