Research

NMRは化学者が最も得意とする分析法の一つであり、生理条件下での立体構造解析が唯一可能な手法です。我々は、このNMRを軸として、大腸菌・細胞・植物を用いた試料調製や機能解析、超高磁場NMR装置などを用いた機器分析、等温滴定型熱量計やNMRを用いた解離会合の平衡論的速度論的解析、スーパーコンピューターを用いた計算機実験など、最先端の構造・機能解析を行い、生体高分子や生命活動の謎を解明し、化合物による生命現象の制御に挑戦します。

NMR spectroscopy is a powerful tool for molecular characterization and provides unique opportunities to determine three-dimensional structures and investigate molecular dynamics under physiologically relevant solution conditions. By placing NMR at the center of our research, we combine high-field NMR spectroscopy with recombinant protein production in Escherichia coli, cell-based functional assays using cultured human cells, thermodynamic and kinetic analyses of molecular interactions by isothermal titration calorimetry and NMR, and computational modeling and simulations. Through this integrated approach, we aim to elucidate the structures, dynamics, interactions, and functions of biological macromolecules, uncover the molecular mechanisms underlying biological processes, and develop chemical strategies to modulate them.

Structural Basis of VAPB Protein Condensate Formation

Furuita et al., Sci Rep, in press (2026). doi: 10.1038/s41598-026-62025-0

本研究では、核磁気共鳴（NMR）分光法、濁度測定、および顕微鏡観察を用いて、VAPBタンパク質の主要素子であるMSPドメインの液-液相分離（LLPS）メカニズムとその構造的基盤が解明された。野生型VAPBタンパク質は、温度やpH、塩濃度に依存して球状の縮合体を形成し、このプロセスは主に静電的および疎水的な相互作用によって駆動されることが示された。また、特定の柔軟なループ構造やpH感受性の水素結合（Q91とD116の間など）が、自己抑制的あるいは促進的に相分離を制御していることが明らかになった。さらに、家族性筋萎縮性側索硬化症（fALS）の原因として知られるP56S変異体は、構造を保ったまま著しいコンフォメーションの不均一性を示し、これが異常な縮合体の形成を著しく促進することが判明した。これらの知見は、正常なタンパク質機能における相分離の重要性と、神経変性疾患における病的な凝集メカニズムを結びつける重要な分子基盤を提供するものである。[Gemini Notebookによる一般向け論文解説とインフォグラフィック（図）]

LLPS droplet size estimation via UV-Vis spectroscopy using a microplate reader

Enomoto-Kusano et al., Sci Rep, 16, 3533 (2026). doi: 10.1038/s41598-025-33638-8

本研究では、紫外線可視（UV-Vis）分光法およびマイクロプレートリーダーを利用して、液液相分離（LLPS）によって生成する微小な液滴のサイズを効率的に評価する画期的な手法について解説しています。従来の複雑な観察技術に依存せず、光の散乱や濁度測定から得られる吸光パターンを数理モデルで解析することで、誰もが手軽に液滴の大きさを定量化できる点が特徴です。さらに、算出に不可欠な屈折率の理論的導出や、多重散乱および装置の非理想性に起因する測定限界についても詳細に検証されています。この簡便なアプローチは、タンパク質の挙動解明や創薬研究における病理学的プロセスの解明にとどまらず、合成生物学や材料科学などの多様な分野へ応用できる大きな可能性を秘めています。[Gemini Notebookによる一般向け論文解説とインフォグラフィック（図）]

NMR-Based Rational Drug Design of G:G Mismatch DNA Binding Ligand Trapping Transient Complex via Disruption of a Key Allosteric Interaction

Sakurabayashi et al., J Am Chem Soc, 147, 14254–14269 (2025). doi: 10.1021/jacs.4c17538

本研究では、核酸の動的構造を標的としたNMRベースの構造に基づく創薬が行われました。具体的に、G:GミスマッチDNA結合リガンドであるナフチジン二量体（ND）に着目し、同位体標識を用いた網羅的なNMR解析から過渡的1:1複合体と安定な1:2複合体という2つの異なる結合構造の解明に成功しました。さらに、リガンドのリンカー部分と核酸塩基間のアモステリックな相互作用に関する知見を基に、その相互作用を物理的に阻害して1:1複合体のみを安定にトラップする新規分子（sND）の合理的設計と合成が実現されました。この成果は、動的な挙示すなわち柔軟性を持つミスマッチDNAを標的とした新しい核酸創薬戦略の方向性を示しています。[Gemini Notebookによる一般向け論文解説とインフォグラフィック（図）]

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