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細胞生理学セミナー

セミナーのご案内です。

  • 2024年

    第39回： “分子標的ケモジェネティクス：次世代細胞操作および新たな創薬の可能性”
    開催日時 2024年2月9日　14:00-15:30
    開催場所 オンライン開催
    講師 清中 茂樹 教授（名古屋大学大学院工学研究科生命分子工学専攻）
    概要 　神経科学研究に不可欠な細胞操作技術として、オプトジェネティクスやケモジェネティクスが知られる。中でもケモジェネティクスは、非侵襲的に標的細胞を活性制御できるin vivo制御法として、広く認知されている。しかし、細胞に内在する受容体の機能制御には応用できない。そこで、我々は細胞種選択的に標的受容体を制御することを目指した「分子標的ケモジェネティクス」と名付けた新たなケモジェネティクス手法の開発を進めている。本発表では、我々のこれまでの成果および現在進めている研究内容について、今後の展望・可能性も含めて報告および議論させていただきたい。 フライヤーのダウンロード
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  • 2023年

    第38回： “分子動力学法によるタンパク質の機能解析”
    開催日時 2023年9月8日　14:00-15:30
    開催場所 オンライン開催
    講師 寺田 透 准教授（東京大学大学院農学生命科学研究科応用生命工学専攻）
    概要 　分子動力学法は、分子を構成する原子間に働く力を、分子力学法に基づ いて計算し、さらにニュートンの運動方程式を数値的に解くことで、分子 の運動をコンピュータの中に再現する手法である。近年のコンピュータの 計算能力の向上に加え、並列計算アルゴリズムの発展により、膜タンパク 質など、比較的大きな系に対しても、マイクロ秒オーダーのシミュレー ションが可能となっている。また、分子動力学シミュレーションによって 生成される構造を標本と捉え、統計処理することで、構造変化などの反応 座標に沿った自由エネルギー地形を計算することもできる。生命現象に関 わる運動の時間スケールは、分子動力学シミュレーションを用いて追跡可 能なマイクロ秒のオーダーよりも遅いことがしばしばあるため、このよう な運動のメカニズムを明らかにするうえで、有用である。
    大腸菌に存在し、薬剤耐性の原因となる多剤排出トランスポータMdfAは、 ペリプラズムから細胞内へ水素イオンを、細胞内からペリプラズムに薬剤 を輸送する対向輸送体である。このタンパク質は、ペリプラズム側が開い た外開き構造と、細胞内側が開いた内開き構造の間を交換することで、輸 送を実現していると考えられている。本セミナーでは、分子動力学法の基 礎を解説した後、分子動力学法を用いて明らかとなった、MdfAの機能メカ ニズムを紹介する。 フライヤーのダウンロード
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    第37回： “Structure and Function of the CNNM/CorC Family Magnesium Transporter”
    開催日時 2023年7月10日　16:30-17:30
    開催場所 創薬科学研究館　２階講義室 ＆ オンライン開催
    講師 服部素之 博士（School of Life Science, Fudan University, China）
    概要 　The CNNM/CorC family proteins are Mg2+ transporters that are widely distributed in all domains of life. In bacteria, CorC has been implicated in the survival of pathogenic microorganisms in their host environment and in resistance to antibiotic exposure. In humans, CNNM proteins are involved in a variety of biological events, including hypertension, various genetic disorders, and tumor progression. Accordingly, both CorC and CNNM have attracted interest as therapeutic targets. However, their Mg2+ transport mechanism is unclear due to the lack of structural information.
    In this talk, I will present our recent structural and functional analyses of the CNNM/CorC family proteins and discuss the structure-function relationship between Mg2+ transport and human genetic diseases. In addition, I will introduce the application of AlphaFold2 to the analysis of structural dynamics of membrane proteins. フライヤーのダウンロード
    第36回： “ペプチド核酸PNAによる新規2本鎖DNA認識技術の開発”
    開催日時 2023年6月16日　14:00-15:30
    開催場所 オンライン開催
    講師 愛場 雄一郎 准教授（名古屋大学理学研究科 物質理学専攻（化学系）） / 柴田 将成 (博士後期課程3年)
    概要 　ペプチド核酸（Peptide Nucleic Acid、PNA）は、一般的な人工核酸と異なり、 DNAの糖-リン酸骨格の代わりにペプチド様骨格からなる人工核酸である。 静電反発が無いことから、非常に強くDNAと2本鎖を形成する。さらに、2本鎖中 の相補的領域に対しPNAが潜り込むことで、「インベージョン」複合体を形成する という特徴的な現象が報告されている。このインベージョンは、DNAに大きな構 造変化を誘起可能であるため、単にDNA認識と言うだけでなくDNAの機能制御 という観点からも注目を集めている。本セミナーでは、PNAの広範な応用に向け てPNAのDNA認識効率を向上させた化学修飾PNAについて紹介する（愛場）。 さらに、当研究室で近年開発した未修飾のPNAを用いた新規インベージョン複合 体についても報告する（柴田）。また、インベージョン複合体は構造が明らかでなく、 その解明に向けた取り組みについても紹介できればと考えている。 フライヤーのダウンロード
    第35回： “Cryo-EMで小さい膜タンパク質に挑む　～分子量という『壁』突破に向けて～”
    開催日時 2023年6月7日　16:30-18:00
    開催場所 創薬科学研究館　２階講義室 ＆ オンライン開催
    講師 加藤孝郁 博士 ( Department of Biochemistry, The University of Oxford (Simon Newstead group）)
    概要 　加藤孝郁博士は、東京大学理学研究科濡木研究室で学位取得後、トランスポーターの構造機能研究を世界的に牽引するOxfordのNewstead研に海外学振PDとして参加しました。単粒子解析では一般的に、比較的大きく 構造的な特徴があった方が構造が決定しやすい性質があるところですが、博士は特にトランスポーターの様な「小さい」膜タンパク質の単粒子解析を数多く手がけてこられました。今回はこのような難易度の高いトランスポーターの構造機能研究の最新の結果、また構造解析のストラテジーを実例を交えてご紹介頂きます。
    　基本的に対面での講演になりますが、Zoomによるオンラインでの参加をご希望の方は阿部（kabe@cespi.nagoya-u.ac.jp）までご連絡ください。
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    第34回： “The role of Na,K-ATPase and plasma-membrane Ca2+-ATPase in neuropsychiatric disorders”
    開催日時 2023年4月10日　13:00-14:30
    開催場所 創薬科学研究館　２階講義室 ＆ オンライン開催
    講師 Prof. Poul Nissen (DANDRITE ? Danish Research Institute of Translational Neuroscience, Nordic EMBL Partnership for Molecular Medicine, Aarhus University - Department of Molecular Biology and Genetics, Denmark)
    概要 　Poul Nissen教授は、Tom Steitzのノーベル賞受賞理由となったリボソームの結晶構造解析に関する論文の筆頭著者であり、Aarhus Univで独立後には膜タンパク質、特にP型ATPaseの構造解析による数々の先駆的な研究で分野を牽引してきた著名な研究者です。この間PumpkinやDANDRITEといった研究所の設立に尽力され、directorとして多くの若手研究者を排出してきた優れたメンターでもあります。今回はP型ATPaseと精神神経疾患の関連について、構造生物学的観点からの最新の知見をご紹介頂きます。
    　基本的に対面での講演になりますが、Zoomによるオンラインでの参加をご希望の方は阿部（kabe@cespi.Nagoya-u.ac.jp）までご連絡ください。
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    第33回： “物理的にデザイン可能なタンパク質フォールドの条件解明とそれを用いた新規フォールドタンパク質のデノボデザイン”
    開催日時 2023年1月27日　14:00-16:00
    開催場所 オンライン開催
    講師 千見寺 浄慈 助教 (名古屋大学 工学研究科 応用物理学専攻) / 村田 裕斗 (D2) (名古屋大学 工学研究科 応用物理学専攻)
    概要 タンパク質のデノボデザインとは、自然界に存在しない全く新しいタンパク質を、物理などの指導原理（最近では機械学習も）を用いて設計する手法である。本セミナーでは、物理的にデザイン可能なタンパク質フォールドの条件を明らかにした理論的研究と、それ を用いた新規フォールドタンパク質のデノボデザインおよび実験的検証を行った結果を紹介する（千見寺）。
    タンパク質のフォールドのバリエーションは約 1000 種類程度しかないという考え方が長年支持されてきたが、近年のデノボデザインの発展によって実現可能なフォールドの種類はそれよりもはるかに多いことが示唆されている。本セミナーでは、「進化がサンプ ルしていないが、物理的にはデザイン可能なフォールド空間」を探索する一環として、これまでデザイン不可能（あるいは極めて難しい）と考えられてきた左巻き βαβ モチーフを含むタンパク質のデノボデザインを行った結果を報告する（村田）。
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  • 2022年

    第32回： “高速原子間力顕微鏡で探るタンパク質の溶液中ダイナミクス”
    開催日時 2022年11月28日　14:30-16:00
    開催場所 オンライン開催
    講師 内橋　貴之　教授 (名古屋大学 理学研究科 理学専攻)
    概要 高速原子間力顕微鏡(AFM)技術の発展により、溶液下にある状態で個々のタンパク質の構造変化や分子間の結合解離といった様々なダイナミクスを可視化できるようになった。本発表では、高速AFMで何がどこまで見えるのか、最近の研究成果を紹介するとともに、現状の技術課題について議論したい。
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    第31回： “Carbon Dioxide ? From waste product to signaling molecule”
    開催日時 2022年10月28日　14:00-15:30
    開催場所 創薬科学研究館 講義室 205
    講師 Valentin-Mihai Dospinescu (MRC Doctoral training partnership (DTP) / University of Warwick(UK))
    概要 Connexin 26 is a direct CO2 receptor expressed in specialized glial cells on the ventral surface of the medulla. CO2 interacts via a carbamylation motif in Cx26 that is also present in Cx30 and Cx32. The alphafold2 structure of Cx43, an alpha connexin, predicts the existence of the same motif suggesting its origin in the common ancestor of alpha and beta connexins. Recently, we documented a direct CO2 response of Cx43, with CO2 dependent ATP release. The role of Cx26 is established in the CO2- dependent regulation of breathing (1,2) control which is independently regulated by pH (1, 3). The physiological relevance of CO2 sensing mediated by Cx32 and Cx43 is unknown. To better understand the signaling mediated via CO2, a sensor that allows real time measurement of CO2 production at a cellular level is required. While genetically encoded sensors for pH exist (4), such sensors are not yet available for CO2.
    Insects are capable of sensing CO2 via gustatory receptors, which in Drosophila are Gr21a and Gr63a. While reportedly functional as hetero-tetramers, we expressed Gr21a and Gr63a as homomers in HeLa cells. Using patch clamp recording we find that the homomeric receptors are sensitive to changes in PCO2 from 20 mmHg to 70 mmHg, a concentration range that encompasses the typical ranges of PCO2 observed in the brain. As in the connexins, our initial evidence indicate that CO2 might interact with Gr21a and Gr63a via carbamylation ? suggesting this could be a universal mechanism for modulation of ion channels by CO2.
    To develop a Genetically Encoded CO2 Sensor (GeCoS), we have engineered a hybrid of Gr21a and eGFP. When expressed in HeLa cells, GeCoS exhibits CO2-dependent changes of fluorescence that closely parallel simultaneously recorded conductance changes. This shows that, appropriately modified insect receptors can in principle be used to measure changes in PCO2 in the mammalian brain. Our progress shows that genetically encoded sensors to measure PCO2 at a subcellular level in mammalian systems may soon become a practical possibility.
    1. Shams, Journal of Applied Physiology 58.2, 357.
    2. Van de Wiel et al., Communications Biology, 2.1, 1.
    3. Gourine et al., Science, 329.5991, 571;
    4. Miesenbock et al., Nature, 394.6689, 192

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    第30回： “溶液 NMR 法を用いたタンパク質の自己会合および凝集体研究に関する最近の話題”
    開催日時 2022年9月16日　14:00-16:00
    開催場所 オンライン開催
    講師 廣明　秀一教授 (名古屋大学大学院創薬科学研究科構造分子薬理学分野)
    概要 溶液 NMR 法の特徴は、アミノ酸残基ごとに相互作用や運動性が観察でき、自己会合や凝集体を 形成する試料についても、異なる会合体の平衡状態の観察が可能である。本セミナーでは、融合研 究の活性化を視野に、まず溶液 NMR 法の特徴的な利用法を紹介する。また、解析を進めている特 殊なタンパク質会合体について、その進捗を紹介する（廣明）。
    がん抑制タンパク質 p53 は変異や凝集体形成による機能消失と細胞のがん化に強い相関が見ら れる転写因子である。我々は、溶液条件を工夫することで、DNA 結合能を保持したままアミロイ ド線維を選択的に形成させることが可能になったため、アモルファス凝集体との性質の差について の解析を進めている（日比野）。
    赤血球膜裏打ちタンパク質ストマチンは、分子機能未知の細長い SPFH ドメインと構造未解明の C 末端領域から成る。この SPFH ドメインの機能解明を目指し、溶液構造を決定し、リン酸イオン 結合ポケットを発見するとともに、高濃度で新規の線維状凝集体を形成することを発見した（片岡）。
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    第29回： “細胞骨格構造解析と時空アロステリ―”
    開催日時 2022年7月15日　14:00-15:30
    開催場所 オンライン開催
    講師 成田　哲博　准教授 (名古屋大学 理学研究科 生命理学専攻)
    概要 アクチンや微小管をはじめとするタンパク質線維は、細胞の形を作り、細胞を動かし、細胞同士を繋ぐなど、非常に重要な役割をそれぞれ果たしています。私たちはその性質を理解するために、クライオ電子顕微鏡をはじめとして、結晶構造解析、変異体実験、原子間力顕微鏡など多くの手法を組み合わせて研究をしてきました。 その結果わかってきたのは、線維タンパク質は、周辺の環境や時間経過によってさまざまに構造や構造ゆらぎを変化させてその性質を変化させ、この変化によって線維の極性や寿命が決定されるということです。私たちはこれを時空アロステリーと名付けています。 　本セミナーでは、明らかになってきたアクチン線維の時空アロステリーを中心に、私たちが明らかにしてきた他の線維構造についてもお話したいと考えています。
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    ※Google Formよりお申込みください。(申込期日 7月14日(木) 12時まで)　? ＜Google Form＞
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  • 2021年

    第28回： “クライオ電子顕微鏡を用いた構造解析技術のトレンド”
    開催日時 2021年4月27日　14:00-15:30
    開催場所 創薬科学研究館 講義室 205 (参加人数が多い場合はオンラインも併用)
    講師 田中　康太郎博士 (九州工業大学 情報工学研究院 物理情報工学研究系)
    概要 クライオ電子顕微鏡法は水溶液環境にある物質の姿を電子顕微鏡を用いて撮影する技術で、特に生体試料構造解析に用いられている。構造解析手法の一つである単粒子解析法は、大量のタンパク質画像からその立体構造を推定する画像処理技術である。ここ数年で分解能革命とも言われる飛躍的な高分解能化を遂げており、複数の構造をとる動的なタンパク質の構造解析も進んでいる。他にも、微細な結晶(～100 nm)の回折データを電子顕微鏡で収集して結晶構造決定する微結晶電子回折法(MicroED)が近年注目されており、専用検出器や撮影自動化の技術開発も含めて熱い研究トピックである。この流れの中で、私自身も電子顕微鏡を用いた構造解析研究に取り組んできた。学生時代の研究としてアクチン線維とコフィリンの複合体構造を3.8Åで決定した(Tanaka et al., Nature Communications, 2018)。現所属では、複数の構造をとるタンパク質の構造を自動的に決定する手法の開発・検証と、X線用カメラを転用したMicroED法の検証とデータ収集自動化に取り組んでいる。本セミナーでは、単粒子解析法とMicroED法の最近のトレンドを概説し、その中で私の取り組んだ研究の内容について紹介したい。
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    ※Google Formよりお申込みください。(申込期日 4月23日(金) 17時まで)　? ＜Google Form＞
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