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タンパク質のfolding/unfoldingの理解は生命科学の最も重要なトピックスの一つである。ポリアミノ酸であるタンパク質の機能は、そのアミノ酸配列に起因する立体構造によってほぼ決定される。タンパク質の最終的な三次元構造は二次構造であるα-helixやβ-sheetがループでつながり三次元的に配置されたものであるため、アミノ酸の一次配列だけでなくこの二次構造の配置を理解することが重要である。De novo設計はアミノ酸の一次配列を人工的に設計することで最終的な三次元のfolding構造を作る事を目指した設計である。近年では、計算機を用いてアミノ酸の二面角や各種相互作用を詳細に計算することができるようになってきた。膜タンパク質に関してもde novo設計への挑戦が続いていたが、アミノ酸配列のみならず脂質分子との相互作用、疎水性の膜内部と親水性の膜外部のバランスが難しいという課題があった。2020年ワシントン大のBakerらはα-helixの膜貫通部分を有する膜タンパク質のde novo設計と合成に成功したが膜への再構成に課題が残った。本研究では我々も短鎖のペプチドをde novo設計することにより脂質膜に効率よくチャネルを形成するナノポアタンパクの設計に成功した（投稿中）。また領域内共同研究として、バクテリオファージのナノニードルが脂質膜とどのように相互作用するかに関し、人工膜系でこのメカニズムの解明に取り組んだ。上野GはナノニードルのMDシミュレーション、QCMを用いた測定、内橋Gは高速AFMを用いて貫通する際のダイナミクスの観測、申請者はナノニードルが貫通時の電気生理計測と解析から、そのダイナミクスの解明を試みた。その結果、ナノニードルはその先端を特定の角度で脂質膜に突き刺し、膜電位に従って膜を貫通することが明らかとなった。これらの成果をNanoscale誌に発表した。
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