MassiveFold：AlphaFoldの潜在能力を最適化と並列化で引き出す 背景と研究課題 タンパク質構造予測は生命科学において重要な研究分野であり、分子生物学の基本的なメカニズムを解明するために不可欠です。近年、DeepMindによるAlphaFoldはこの分野に革命をもたらし、単一タンパク質鎖構造の予測において卓越した性能を発揮し、タンパク質科学研究の基盤となっています。しかし、研究の進展に伴い、AlphaFoldは複雑なタンパク質複合体や抗原-抗体相互作用といった特定のケースで、計算時間が長いことやGPUリソースの高い要求といった課題に直面しています。また、予測精度を向上させるためにリサイクル回数やサンプリング密度を増やす方法もあるものの、これらはさらなる計算負担を招いています。 ...
パーキンソン病研究におけるβ波バースト行動の解析：小波を用いた時間周波数検出の新たな枠組み 背景説明 パーキンソン病（Parkinson’s Disease、PD）は、震え、硬直、動作緩慢を特徴とする運動機能障害を主な症状とする一般的な神経変性疾患です。近年の研究では、PD患者の運動障害がβ帯域（13–35 Hz）の神経活動の過剰な同期性と密接に関連していることが示されています。従来の考え方では、PD患者のβ帯域活動は持続的に高まっているとされていましたが、最新の研究では、この活動は持続的ではなく、短期間の突発的な形式（β波バースト）で現れることが明らかになりました。これらのバーストは、PD患者において強度および持続時間が顕著に増加しています。既存の検出方法は主にβ帯域の単一周波数ピークに焦...
深層学習を活用したタンパク質設計：条件付き拡散モデルによる機能的タンパク質配列の生成 タンパク質は生命科学研究および応用の中心的要素であり、その多様性と機能の複雑性は科学者に無限の可能性を提供します。深層学習技術の発展により、タンパク質設計は新たな高みに到達しつつあります。上海交通大学やケンブリッジ大学など複数の機関の科学者が共同で発表した研究「A conditional protein diffusion model generates artificial programmable endonuclease sequences with enhanced activity」は、「条件付きタンパク質拡散モデル」（Conditional Protein Diffusion Model、CPD...
PRRPとPRRPRの分子認識およびシグナル伝達メカニズムの解析 研究背景 神経ペプチドは神経系において最も豊富なシグナル分子であり、100種類以上が同定されており、代謝、痛覚、繁殖などの生理過程で重要な役割を果たしています。その中でもRF-アミドペプチドは、C末端にアルギニン-フェニルアラニン-NH₂（RF-アミド）モチーフを持つことで特徴付けられ、プロラクチン放出ペプチド（PRRP）、ニューロペプチドFF（NPFF）、キスペプチン（Kisspeptin）などが含まれます。RF-アミド神経ペプチドは特定のGタンパク質共役受容体（GPCR）と結合することで広範な生理機能を調節します。しかし、PRRPおよびその受容体PRRPRはストレス、食欲、痛み、心血管機能の調節に重要な役割を果たしているに...
微流体システムに基づく体節発生モデルの研究 背景と研究動機 体節の形成は脊椎動物の胚発生で極めて重要な役割を果たし、特に胚の筋骨格系のレイアウトと機能に決定的な影響を及ぼします。体節の発生は主に、両側の原節中胚葉（presomitic mesoderm, PSM）が頭尾方向に段階的に分節し、対称の上皮体節を形成する過程によります。このプロセスにおいて、生化学的シグナル（例えば、線維芽細胞増殖因子FGFやレチノイン酸RAなど）の勾配変化や生物力学的な影響が非常に重要です。しかし、既存の多くの体節発生モデルは懸濁培養を採用しており、生化学勾配や力学信号の精確な制御が困難であり、複雑な生化学-生物力学の相互作用の研究を制限しています。 この背景から、ミシガン大学とハーバード大学の研究チームが共同で...
海馬体中空間と時間の統合と競争メカニズムの研究レビュー 研究背景と意義 人間と動物の脳において、空間と時間はエピソード記憶の主要な次元を構成し、個体のイベントの順序、位置、持続時間などの情報の符号化において重要な役割を果たしています。長年にわたって、海馬体が記憶の鍵を握る脳領域であることが判明し、とりわけ空間と時間の認知において重要な役割を果たしています。海馬体の場所細胞（place cells）は個体が環境内にいる位置を正確に示すことができ、時間細胞（time cells）は特定の時間を示すために使用されます。これらの細胞の活動により、海馬体は空間と時間の情報を同時に符号化する能力を持ち、エピソード記憶の基礎を提供しています。しかし、海馬体における空間と時間情報の相互作用メカニズムにはまだ...
本文は、張廷鑫、畢鏳、李祎然などの学者によって執筆された生物医学研究論文で、2024年11月6日に《Neuron》誌に発表されました。研究は清華大学-北京大学生命科学センターのチームによって主導され、メカニカルセンサーであるカルシウムイオンチャネルPiezo1のリン酸化修飾が生理機能においていかに調整されるかを探求しています。論文は、Piezo1が機械感受性の伝導過程において特定の残基のリン酸化を通じてその機能を調整し、血圧の恒常性および運動性能の生理作用を実現することを明らかにしました。この研究は、Piezo1チャネルのポストトランスレーショナル修飾調整機能の空白を補完するだけでなく、潜在的な臨床的意義を持っています。 研究背景 Piezo1とPiezo2は既知の機械感受性陽イオンチャネル...
プレッシャー下のパフォーマンス低下の神経基盤 - 霊長類の脳における報酬信号と運動準備過程の相互作用の解析 研究背景 「プレッシャー下のパフォーマンス低下」（choking under pressure）は、重要な瞬間にプレッシャーによって期待されるパフォーマンスを発揮できない現象を指し、プロスポーツ選手の重要な試合での失敗が典型的な例です。しかし、この現象はスポーツ競技に限らず、学術試験、ビデオゲーム、パズルなどの日常的な状況でも広く見られます。以前の神経画像研究は、プレッシャー下のパフォーマンス低下が報酬と運動制御の神経構造に関連している可能性を示唆していましたが、具体的な神経メカニズムは明らかではありませんでした。 この現象の背後にある神経メカニズムをより良く理解するために、アメリカの...
研究背景 私たちの日常生活において、順序作業記憶（Sequence Working Memory、略称SWM）は非常に重要です。例えば、誕生日を記入する際には、年、月、日の順に思い出して並べる必要があります。しかし、脳がどのように順序記憶における情報制御を実現し、異なるタスクの要求に応じて情報を柔軟に並べ替えるのかは、現在も神経科学分野の未解決の謎です。このプロセスを深く探求するために、Jingwen Chenらは『Neuron』誌に「Flexible Control of Sequence Working Memory in the Macaque Frontal Cortex」と題した論文を発表しました。この研究は、中国科学院神経科学研究所、米国ニューヨーク大学心理学科、上海臨港研究所な...
研究背景 触覚振動の符号化に関する神経変換メカニズムは、神経科学研究におけるホットトピックです。日常生活では、私たちは振動の感知を通じて外部環境の情報を得ています。例えば、携帯電話の振動通知や車の接近の警告などです。哺乳類の高周波振動の感知は主に、皮膚の深部にあるパチニ小体（Pacinian corpuscles, PCs）によって行われ、これらの受容器は脊髄の背根神経節（dorsal root ganglia, DRG）にある感知ニューロンと接続し、振動信号を中枢神経系に伝達します。しかし、振動符号化の時系列性が中枢神経系でどのように速率符号化に段階的に変換されるのか、その具体的なメカニズムは未解明です。この符号化変換の生物学的基礎を解明するために、Kuo-Sheng Leeらは一連の実験...