学術的背景 RNA（リボ核酸）は生命体において極めて重要な分子であり、遺伝子発現、調節、触媒など多様な生物学的プロセスに関与しています。ヒトゲノムの大部分はRNAに転写されますが、RNA分子の構造研究は依然として大きな課題を抱えています。RNA分子は通常、高い構造的多様性と柔軟性を持ち、これがその機能の前提となっていますが、これが核磁気共鳴（NMR）、X線結晶学、クライオ電子顕微鏡（cryo-EM）などの伝統的な構造解析手法の適用を制限しています。特に大きなRNA分子では、その構造的多様性と大規模なRNA構造データベースの欠如により、既存のタンパク質構造予測手法（例：AlphaFold）を直接RNAに適用することができません。したがって、大きなRNA分子の三次元構造、特にその構造的多様性を正...

脊椎動物の体幹発生における体外モデル研究 学術的背景 脊椎動物の体幹発生は、複数の細胞タイプの生成と組織化を伴う高度に調和されたプロセスである。このプロセスの中心には、胚の後部に位置する前駆細胞群があり、複雑なシグナルネットワークを介して神経管、体節、脊索（notochord）などの組織に分化する。脊索は脊索動物の特徴的な構造であり、胚発生において機械的支持を提供するだけでなく、シグナル分子を分泌して周囲の組織の発生を調節する。しかし、既存の体外モデル、例えば多能性幹細胞（pluripotent stem cells, PSCs）を用いた分化モデルは、体幹発生の一部を再現できるものの、脊索やその依存組織（例えば神経管の底板（floor plate））を欠いていることが多い。これにより、脊椎動...

学術的背景 タンパク質の自己集合は生物学的システムにおいて普遍的な現象であり、その機能は構造支持から生化学的反応の制御まで多岐にわたる。近年、タンパク質設計の分野で顕著な進展が見られたが、既存の自己集合タンパク質構造は通常、厳密な対称性に依存しており、そのサイズと複雑性のさらなる向上が制限されていた。この制限を打破するため、研究者らは細菌のマイクロコンパートメントやウイルスカプシドに見られる擬似対称性（pseudosymmetry）に着想を得て、大規模な擬似対称性を持つ自己集合タンパク質ナノ材料を設計するための階層的な計算手法を開発した。この研究は、厳密な対称性の制約を超えることで、より大きく、より複雑なタンパク質ナノケージ（nanocages）を設計し、自己集合タンパク質構造の多様性を拡大...

学術的背景 デュシェンヌ型筋ジストロフィー（Duchenne Muscular Dystrophy, DMD）は、進行性の筋萎縮を特徴とする重篤なX連鎖性の遺伝性疾患であり、最終的には早期死亡に至る。DMDの原因は、ジストロフィン（dystrophin）をコードする遺伝子の変異であり、このタンパク質が正常に発現されなくなることである。ジストロフィンは筋細胞膜上の他のタンパク質と共にジストロフィン-糖タンパク質複合体（Dystrophin-Glycoprotein Complex, DGC）を形成し、この複合体は細胞外マトリックス（ECM）と細胞骨格の間の橋渡し役として機能する。DGCは筋機能において極めて重要であるにもかかわらず、その分子構造は長い間完全には解明されていなかった。本研究では、...

四成分タンパク質ナノケージの設計：プログラムされた対称性破壊による 学術的背景 タンパク質ナノケージ（protein nanocages）は、高度な対称性を持つタンパク質集合体であり、ワクチン開発、薬物送達、ナノ材料設計などの分野で広く利用されています。自然界のウイルスは、通常、対称性破壊（symmetry breaking）を通じて複雑な構造を構築します。特に、高三角数（higher triangulation number, T）の二十面体（icosahedral）構造がよく見られます。しかし、自然界では、四面体（tetrahedral）や八面体（octahedral）の高T数構造を対称性破壊によって構築する例は見つかっていません。この分野を探求するため、研究者たちは、擬似対称化（pse...

学術的背景 腫瘍微小環境（Tumor Microenvironment, TME）は、がん研究における重要な分野であり、腫瘍細胞は周囲の非腫瘍細胞との相互作用を通じて、疾患の進行や治療反応に影響を与えます。腫瘍関連マクロファージ（Tumor-Associated Macrophages, TAMs）は、腫瘍の成長、血管新生、免疫抑制において重要な役割を果たしています。近年、代謝調節がマクロファージの機能に与える影響が注目されており、特にグルコース代謝とミトコンドリア代謝がマクロファージの極性化と活性に影響を与えることが明らかになっています。しかし、ペントースリン酸経路（Pentose Phosphate Pathway, PPP）がTAMsにおいて果たす役割と、免疫調節への影響はまだ十分に研...

構造ガイドによる選択的カゼイノリティックプロテアーゼPアゴニストの開発：抗黄色ブドウ球菌剤として 学術的背景 黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）は、皮膚や軟部組織感染を含む多くのヒト感染症を引き起こす一般的なグラム陽性病原菌です。メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）の広がりに伴い、抗生物質の使用頻度が増加し、耐性問題が深刻化しています。しかし、抗生物質の開発コストが高く、利益率が低いため、大手製薬会社は抗菌薬の開発に興味を失いつつあります。そのため、新しい抗菌ターゲットの探索と効果的な抗生物質の開発が現在の重要な課題となっています。 カゼイノリティックプロテアーゼP（Caseinolytic protease P, ClpP）は、細菌とヒトにおいて高度に保存され...

早産児の腸内細菌叢と脳症の関係：包括的研究 学術的背景 早産（妊娠37週未満での出生）は、世界中で約10%の妊娠に影響を与える一般的な問題です。早産児は、脳の発達異常のリスクに直面しており、この異常は早産脳症（Encephalopathy of Prematurity, EOP）と呼ばれ、脳性麻痺、神経発達障害、自閉症、精神疾患などの重篤な結果を引き起こす可能性があります。現在、EOPに対する有効な治療法はなく、その一因として、早産と脳の発達異常との間のメカニズムが完全に解明されていないことが挙げられます。 妊娠の第二期と第三期は、脳の発達において重要な時期です。早産およびそれに伴う曝露や疾患は、発達中の脳に損傷や発達不良をもたらす可能性があり、その結果、脳の局所的な成長の障害、びまん性白質...

光化学系IIにおける水酸化過程でのプロトン放出メカニズムの研究 学術的背景 光化学系II（Photosystem II, PSII）は自然界で唯一水分解を触媒する酵素であり、その反応は酸素を放出するだけでなく、生物質の合成に必要な電子を提供します。水分解反応で放出されたプロトンはチラコイド腔に入り、プロトン動力（proton-motive force, PMF）を形成し、ATPの合成を駆動します。近年、PSIIの構造と機能に関する研究が大きく進展していますが、水酸化反応の重要なステップ、特に脱プロトン化プロセスのメカニズムについてはまだ議論が続いています。本研究では、量子/古典（QM/MM）自由エネルギー計算と原子分子動力学（MD）シミュレーションを組み合わせ、PSIIにおける酸素発生マンガ...

研究背景 単細胞胚において、タンパク質の非対称分布は細胞極性と発生の重要なステップである。この非対称分布は通常、複雑な反応-拡散メカニズム（reaction-diffusion mechanisms）に依存し、複数のフィードバックループが関与している。Caenorhabditis elegans（線虫）の単細胞胚において、RNA結合タンパク質MEX-5とMEX-6、および有糸分裂キナーゼPLK-1は、細胞極性の確立と維持に重要な役割を果たしている。MEX-5とMEX-6は配列上高度に相同であるが、それらの非対称分布メカニズムとその制御方法は完全には解明されていない。本研究は、MEX-6の勾配形成の生物物理学的メカニズムを明らかにし、MEX-5、MEX-6、およびPLK-1の間の複雑な相互作用...