2026/07/30 更新

写真a

キタオ アキオ
北尾 彰朗
KITAO AKIO
所属
生命理工学院 教授
職名
教授
プロフィール
生物学に加えて物理学、化学、計算科学、情報科学を駆使し、分子レベルから生命現象を解明する研究に取り組んでいます

News & Topics

学位

  • 博士(理学) ( 1994年3月   京都大学 )

  • 修士(理学) ( 1991年3月   京都大学 )

  • 学士(理学) ( 1989年3月   京都大学 )

研究キーワード

  • タンパク質ダイナミクス、計算生物学、生物物理学、 理論化学

  • molecular simulation

  • nano machine

  • Protein

  • 分子論

  • 相互作用

  • 分子メカニズム

  • 超並列計算

  • 生体分子機械

  • エネルギー地形

  • 水和

  • energy landscape

  • solvation

  • function

  • dynamics

  • 機能

  • ダイナミクス

  • 分子シミュレーション

  • ナノマシン

  • 蛋白質

  • 理論化学

  • 計算化学

  • 計算物理

  • 化学物理

  • 生物物理

研究分野

  • ナノテク・材料 / 基礎物理化学

  • 自然科学一般 / 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理

  • ライフサイエンス / 生物物理学

経歴

  • 京都大学   大学院理学研究科 化学専攻   非常勤講師

    2025年

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    国名:日本国

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  • 東京科学大学   生命理工学院   教授

    2024年10月 - 現在

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    国名:日本国

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  • 量子科学技術研究開発機構   客員研究員

    2016年4月 - 現在

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所属学協会

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委員歴

  • 分子シミュレーション学会   事務局長  

    2025年1月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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  • 日本物理学会   代議員  

    2023年4月 - 2027年3月   

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    団体区分:学協会

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  • 日本蛋白質科学会   男女共同参画ワーキンググループ  

    2008年 - 2025年9月   

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    団体区分:学協会

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論文

  • Mechanistic insight into signal bias by the agonist-dependent conformational dynamics of GPR84 査読

    Shota Suzuki, Duy Phuoc Tran, Kouki Nishikawa, Akio Kitao, Yoshinori Fujiyoshi

    Nature Communications   2026年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1038/s41467-026-75728-9

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  • DRD1-driven infantile dystonia: towards a mechanism-informed framework for GPCR receptoropathies 査読

    Gülsüm Kayhan, Ryosuke Tany, Reza Maroofian, Esra Serdaroğlu, Eon Kurumiya, Duy Phuoc Tran, Hideko Wakasugi-Masuho, Mirja Thomsen, Kamran Salayev, Rauan Kaiyrzhanov, Saadat Badalova, Ulviyya Guliyeva, Adel Kareem, Peter Bauer, Giovanni Zifarelli, Henry Houlden, Katja Lohmann, Akio Kitao, M Fatih Mulayim, Ikuo Masuho

    Brain   2026年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    <jats:title>Abstract</jats:title>
    <jats:p>Despite remarkable advances in human genomics, most rare disorders remain undiagnosed, mechanistically obscure, and without effective treatments. In this study, we establish DRD1, encoding the dopamine D1 receptor (D1R), as a monogenic cause of an infantile-onset dystonia syndrome, for which pharmacological responsiveness may vary depending on the underlying molecular mechanism. Across three unrelated families, eight affected individuals exhibited generalised dystonia, axial hypotonia, and cognitive impairment and carried homozygous pathogenic missense DRD1 variants.</jats:p>
    <jats:p>Live-cell biosensor assays revealed that patient-derived DRD1 variants disrupt receptor integrity through mechanistically diverse failures, such as trafficking deficits and impaired agonist-induced activation—ultimately converging on a collapse of D1R-mediated signalling. In line with standard clinical practice and informed by these mechanistic insights, we initiated a trial of levodopa/carbidopa in two individuals in the index family with a partial-loss-of-function variant, which was associated with improvement in voluntary motor function and cognitive engagement. Moreover, in live-cell assays, we demonstrated that Mevidalen—a selective DRD1-positive allosteric modulator currently in clinical development—substantially improved signaling in patient-derived mutants in vitro, supporting a potential future mechanism-aligned therapeutic avenue.</jats:p>
    <jats:p>To broaden the clinical implications of our findings, we performed a structural interpretation of DRD1 variation in 807,162 individuals and identified 29 rare predicted deleterious missense variants in heterozygous carriers. These variants clustered within evolutionarily conserved transmembrane domains and signaling motifs, providing a basis for pathogenicity assignment and variant prioritization in clinical and research settings.</jats:p>
    <jats:p>Building on these insights, we developed a structure-informed pharmacological experimental framework that stratifies DRD1 variants according to molecular dysfunction and matches them with mechanistically aligned therapeutic strategies—namely, orthosteric agonists, pharmacological chaperones, allosteric modulators, and readthrough compounds. This in vitro approach enabled functional rescue of otherwise intractable variants, suggesting a potentially actionable molecular architecture across diverse genotypes, which remains to be tested clinically.</jats:p>
    <jats:p>Together, these findings identify biallelic DRD1 variants as a cause of infantile dystonia and support the potential for mechanism-informed therapeutic exploration, while emphasizing that clinical responsiveness may vary across individuals. More broadly, our integrated genomics-structure-pharmacology framework provides a proof-of-concept approach to functionally stratify G protein-coupled receptor (GPCR) variants, exemplified here by DRD1, and prioritise testable, mechanism-based therapeutic hypotheses for future evaluation.</jats:p>

    DOI: 10.1093/brain/awag128

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  • In Vitro Evolution of the Adenosine A2A Receptor Based on an Antagonist Binding Using a Ribosome Display. 査読 国際誌

    Genki Fukasawa, Yuma Matsuoka, Duy Phuoc Tran, Haruka Nishigaki, Keisuke Fukunaga, Takayoshi Watanabe, Tomohiro Doura, Naohiro Terasaka, Ako Kagawa, Takeshi Murata, Akio Kitao, Shigeki Kiyonaka, Tomoaki Matsuura

    Journal of the American Chemical Society   2026年3月

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    担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    In vitro evolution is one of the powerful methods for altering the characteristics of a protein of interest; however, its application to membrane proteins remains challenging due to the requirement of a membrane environment in vitro. This study presents the first successful in vitro evolution of human adenosine A2A receptor (A2AR), one of the G protein-coupled receptors (GPCRs), achieved through combining cell-free protein synthesis (CFPS), a nanodisc for membrane mimicry, and a ribosome display. A saturation mutagenesis library of A2AR targeting the L167 and L267 residues, a library with a diversity of only 400, was constructed without sequence bias. Three rounds of affinity selection against A2AR-selective antagonist ZM241385 enriched the L167N/L267A and L167N/L267S mutants. These mutants exhibited greater than 10-fold improved sensitivity to ZM241385 in mammalian cell-based assays while retaining responsiveness to the endogenous ligand adenosine. Molecular dynamics simulations revealed new interactions between ZM241385 and A2AR mutants that are likely to contribute to stabilizing the conformation of the complexes. Finally, as an example of an application, the obtained mutant was used for cell-type-specific inhibition of A2AR signaling by ZM241385. This study demonstrates a powerful strategy for engineering GPCRs entirely in vitro with tailored ligand-binding properties, even from a library with small diversity, and shows that the evolved mutants exhibit improved functionality in mammalian cells.

    添付ファイル: in-vitro-evolution-of-the-adenosine-a2a-receptor-based-on-an-antagonist-binding-using-a-ribosome-display.pdf

    DOI: 10.1021/jacs.6c02372

    PubMed

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  • The role of the tryptophan-rich allosteric network and sodium egress in GPCR activation 査読

    Zhenzhou Qi, Duy Phuoc Tran, Andrejs Tučs, Roopan Thiara, Louis-Philippe Picard, Koji Tsuda, Aditya Pandey, Adnan Sljoka, Akio Kitao, Robert Scott Prosser

    Proceedings of the National Academy of Sciences   123 ( 10 )   2026年3月

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    担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Proceedings of the National Academy of Sciences  

    The human adenosine A 2A receptor (A 2A R) is a prototypical member of the class A family of G Protein–Coupled Receptors (GPCRs), which are engaged by over one-third of FDA-approved drugs. Here, we used 19 F NMR to simultaneously evaluate functional states from the perspective of a CF 3 -tag on transmembrane helix-6 (TM6) and all 5-fluorotryptophan reporters. Whereas spectra from the TM6 tag reveal a dynamic conformational ensemble, the tryptophan spectra exhibit more discrete ligand-dependent states. These ligand-dependent signatures provide insights into microswitches including a universal toggle switch which interfaces with a sodium binding pocket. Over 560 GPCRs share this toggle switch — sodium pocket cluster, implying a fundamental role in activation. Computational rigidity-theory reveals tryptophan reporters reside along prominent allosteric activation pathways, underscoring their roles in mechanical signal propagation and corroborating NMR observations. Among them, W246 6.48 , associated with the toggle switch, plays a critical role in regulation of allosteric networks spanning the orthosteric pocket and extending via tryptophan-rich pathways through the receptor to the A 2A R-Gβ interface and the nucleotide pocket in G s α. While higher sodium concentrations (~100 mM) predictably stabilize the inactive conformation of the receptor, lower concentrations (below 40 mM) greatly enhanced the presence of the activation ensemble and in particular, the precoupled state, suggesting that the release of sodium from the conserved pocket—either through basal conditions for the apo receptor, or upon binding of the agonist—enables sampling of a precoupled state, ultimately needed to initiate activation and coupling.

    DOI: 10.1073/pnas.2525502123

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  • Tandem Allosteric Effects of Reactant and Product that Promote Deacetylation Cycles in Sir2 査読 国際誌

    Zhen Bai, Duy Phuoc Tran, Akio Kitao

    Journal of Chemical Information and Modeling   65   11326 - 11341   2025年10月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    添付ファイル: tandem-allosteric-effects-of-reactant-and-product-that-promote-deacetylation-cycles-in-sir2.pdf

    DOI: 10.1021/acs.jcim.5c01755

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  • RNA Binding Mechanism of the FUS Zinc Finger in Concert with Its Flanking Intrinsically Disordered Region 査読

    Soichiro Kijima, Akio Kitao

    Journal of Chemical Information and Modeling   2025年8月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    添付ファイル: kijima-kitao-2025-rna-binding-mechanism-of-the-fus-zinc-finger-in-concert-with-its-flanking-intrinsically-disordered.pdf

    DOI: 10.1021/acs.jcim.5c01059

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  • Interactive Docking Workshop: Docking the Anticancer Drug Belinostat to Its Cellular Histone Deacetylase (HDAC) Target 査読

    Georgios Iakovou, L. Palmer, A. Ganesan, Akio Kitao, Stephen D. Laycock, Steven Hayward

    Journal of Chemical Education   2025年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/acs.jchemed.4c01347

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  • The strategy used by naïve anti-PEG antibodies to capture flexible and featureless PEG chains 査読 国際誌

    Yiwei Liu, Takahiro Mori, Yusei Ito, Kimiko Kuroki, Seiichiro Hayashi, Daisuke Kohda, Taro Shimizu, Tatsuhiro Ishida, Steve R. Roffler, Mika K. Kaneko, Yukinari Kato, Takao Arimori, Takamasa Teramoto, Kazuhiro Takemura, Kenta Ishibashi, Yoshiki Katayama, Katsumi Maenaka, Yoshimitsu Kakuta, Akio Kitao, Takeshi Mori

    Journal of Controlled Release   380   396 - 403   2025年4月

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    担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.jconrel.2025.02.001

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  • Precision spatiotemporal analysis of large-scale compound–protein interactions through molecular dynamics simulation 査読

    Shigeyuki Matsumoto, Yuta Isaka, Ryo Kanada, Biao Ma, Mitsugu Araki, Shuntaro Chiba, Atsushi Tokuhisa, Hiroaki Iwata, Shoichi Ishida, Yoshinobu Akinaga, Kei Terayama, Ryosuke Kojima, Yohei Harada, Kazuhiro Takemura, Teruki Honma, Akio Kitao, Yasushi Okuno

    PNAS Nexus   2025年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

    Abstract

    Biological systems are composed of and regulated by intricate and diverse biomolecular interactions. Experimental and computational approaches have been developed to elucidate the mechanisms of these interactions; however, owing to cost, time, and accuracy issues, large-scale spatiotemporal analyses of molecular pairs remains challenging. Thus, the molecular recognition mechanisms underlying these diverse interactions remain unclear. We successfully simulated the large-scale molecular dynamics (MD) of 4,275 protein–compound pairs by combining a method to accelerate the MD simulations with the supercomputer Fugaku. Our spatiotemporal analysis of generated big MD data revealed universal features underlying molecular recognition and binding processes. This study expands our understanding of the concept of MD simulations from a technique to investigate the dynamic properties of individual protein–drug pairs to an approach to perform large-scale spatiotemporal analysis and compound screening. This study opens an avenue in biological research for subsequent drug discovery.

    DOI: 10.1093/pnasnexus/pgaf094

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MISC

  • 最先端シミュレーションによる「弱い相互作用」の定量的予測

    北尾彰朗

    ファルマシア(Web)   61 ( 3 )   2025年

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講演・口頭発表等

  • 結晶構造とMDシミュレーションで解き明かすナイーブ抗PEG抗体の認識戦略

    森 尚寛, 劉 一イ, 伊藤 悠世, 黒木 喜美子, 林 成一郎, 神田 大輔, 清水 太郎, 石田 竜弘, Roffler Steve R., 金子 美華, 加藤 幸成, 有森 貴夫, 寺本 岳大, 竹村 和浩, 石橋 賢汰, 片山 佳樹, 前仲 勝実, 北尾 彰朗, 森 健, 角田 佳充

    日本生化学会大会プログラム・講演要旨集  2025年11月  (公社)日本生化学会

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    開催年月日: 2025年11月

    記述言語:日本語  

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  • GPR84のバイアス作動の解明

    鈴木翔大, TRAN Phuoc Duy, 西川幸希, 北尾彰朗, 藤吉好則

    日本蛋白質科学会年会(Web)  2025年 

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    開催年月日: 2025年

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  • 分子動力学シミュレーションによる天然変性タンパク質FUSのジンクフィンガードメインと天然変性領域による協調的な核酸結合機構の解明

    木島壮一朗, 北尾彰朗

    日本蛋白質科学会年会(Web)  2025年 

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    開催年月日: 2025年

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  • PaCS-MDによるアクトミオシンの結合解離予測

    尾川拓巳, Tran Phuoc Duy, 藤井高志, 難波啓一, 北尾彰朗

    第9回日本生物物理学会関東支部会  2020年3月 

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    開催年月日: 2020年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • In silico studies on the regulation mechanis 招待

    蛋白質科学会年会  2025年6月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • A deep dive into the nanoscale biological world with high-performance computing 招待

    Akio Kitao

    2025年6月 

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    記述言語:英語   会議種別:公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等  

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  • タンパク質の複合体形成・解離のダイナミクスとアロステリック効果 招待

    北尾 彰朗

    物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「機械学習と計算物性科学の未来」  2025年4月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • Specific and non-specific interactions of intrinsically disordered regions of proteins 招待

    UNDERSTANDING SURFACES AND INTERFACES: A SYMPOSIUM CELEBRATING 7 DECADES OF SERVICE  2025年3月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • 分⼦シミュレーションで観た細菌べん⽑固定⼦中のイオン透過 招待

    北尾 彰朗

    cQUEST シンポジウム膜タンパク質内部のイオン透過を考える  2025年12月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • In silico investigation of the activation and inactivation mechanisms of G protein-coupled receptors 招待

    2025年9月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • Binding mechanisms and effects of intrinsically disordered regions of proteins 招待

    2025年7月 

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    記述言語:英語  

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  • 最先端シミュレーションによる 物質共生に関わる相互作用の定量的予測 招待

    北尾 彰朗

    「物質共生」取り纏めシンポジウム  2025年7月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • Transport mechanisms of ions and proteins across bacterial membranes 招待

    Pacifichem 2025  2025年12月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • FlhB/FliPQR複合体のMDシミュレーション

    北尾彰朗

    2024年度べん毛研究交流会  2025年3月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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Works(作品等)

  • PaCS-Toolkit

    Shinji Ikizawa, Tatsuki Hori, Tegar Nurwahyu Wijaya, Hiroshi Kono, Zhen Bai, Tatsuhiro Kimizono, Wenbo Lu, Duy Phuoc Tran, Akio Kitao

    2024年2月 - 現在

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • eePaCS-MD (Edge expansion parallel cascade selection molecular dynamics)

    Kenichiro Takaba, Duy Phuoc Tran, Akio Kitao

    2020年6月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • a/dPaCS-MD (association and dissociation PaCS-MD)

    Duy Phuoc Tran, Akio Kitao

    2020年3月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • evERdock BAI (Machine-learning-guided selection of protein-protein complex structure)

    Kei Terayama, Ai Shinbu, Koji Tsuda, Kazuhiro Takemura, Akio Kitao

    2019年12月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • dPaCS-MD/MSM

    Duy Phuoc Tran, Akio Kitao

    2019年1月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • PaCS-MD/MSM

    Duy Phuoc Tran, Kazuhiro Takemura, Kazuo Kuwata, Akio Kitao

    2018年9月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • ColDock (Concentrated Lingand Docking)

    Kazuhiro Takemura, Chika Sato, Akio Kitao

    2018年7月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • evERdock (evaluation with the ER method of docking generated decoys)

    Kazuhiro Takemura, Nobuyuki Matubayasi, Akio Kitao

    2018年3月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • CyClus (A fast, comprehensive cylindrical interface approximation clustering/reranking method for rigid-body protein-protein docking decoys)

    Satoshi Omori, Kazuhiro Takemura, Hiroaki Hata, Akio Kitao

    2017年

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • nt-PaCS-MD (nontargeted parallel cascade selection molecular dynamics)

    Ryuhei Harada, Akio Kitao

    2015年11月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • MuSTAR MD ((Multi-scale sampling using temperature accelerated and replica exchange molecular dynamics)

    Yu Yamamori, Akio Kitao

    2013年10月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • PaCS-MD (Parallel cascade selection molecular dynamics)

    Ryuhei Harada, Akio Kitao

    2013年7月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • TRS (Transform and Relax Sampling)

    Akio Kitao

    2011年7月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • MSFEL (Multi-Scale Free Energy Landscape calculation method by combination of coarse-grained and all-atom model)

    Ryuhei Harada, Akio Kitao

    2011年2月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • Independent Subspace Analysis (ISA) with SJADE

    Shun Sakuraba, Yasumasa Joti, Akio Kitao

    2010年

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • PCA_NEST

    ee-Wei Yang, Eran Eyal, Ivet Bahar, Akio Kitao

    2009年3月

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    作品分類:Web Service  

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  • DTA app (Dihedral Transition Analysis application)

    Wataru Nishima, Guoying Qi, Steven Hayward, Akio Kitao

    2009年3月

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    作品分類:Web Service  

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  • DTA DATABASE (Dihedral Transition Analysis database)

    Wataru Nishima, Guoying Qi, Steven Hayward, Akio Kitao

    2009年3月

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    作品分類:Web Service  

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  • Transform and Relax Sampling

    Akio Kitao, Koji Yonekura, Saori Maki-Yonekura, Fadel A Samatey, Katsumi Imada, Keiichi Namba, Nobuhiro Go

    2006年3月

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • SCUBA (Simulation Code for hUge Biomolecular Assembly)

    Hisashi Ishida, Yasumasa Joto, Mariko Higuchi, Takuma Kano, Akio Kitao, Nobuhiro Go

    2004年

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    作品分類:ソフトウェア  

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  • JAM Moldel (Jumping-Among-Minima Model)

    Akio Kitao, Steven Hayward, Nobuhiro Go

    1998年12月

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受賞

  • 第15回Biophysics and Physicobiology 論文賞

    2026年6月   日本生物物理学会   Binding free energy of protein/ligand complexes calculated using dissociation Parallel Cascade Selection Molecular Dynamics and Markov state model

    畑 宏明, Duy Phuoc Tran, ohamed, Marzouk Sobeh, 北尾 彰朗

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    受賞区分:学会誌・学術雑誌による顕彰  受賞国:日本国

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 分子シミュレーションを用いたタンパク質分子機能の生成的デザイン

    研究課題/領域番号:24H02259  2024年4月 - 2029年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    林 重彦, 北尾 彰朗

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    配分額:106730000円 ( 直接経費:82100000円 、 間接経費:24630000円 )

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  • 高効率分子シミュレーションで調べる非ドメイン型バイオポリマーの分子作動機構

    研究課題/領域番号:24H01357  2024年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    北尾 彰朗

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    配分額:9620000円 ( 直接経費:7400000円 、 間接経費:2220000円 )

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  • 翻訳後修飾と天然変性領域が制御するp53の分子相互作用を先端シミュレーションで探る

    研究課題/領域番号:23K27138  2023年4月 - 2027年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    北尾 彰朗, TRAN PHUOC・DUY

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    配分額:18850000円 ( 直接経費:14500000円 、 間接経費:4350000円 )

    本年度は、p53の天然変性領域が翻訳後修飾を経て、異なる立体構造を取りながら多様なタンパク質と相互作用し、それぞれの複合体を形成する個別のメカニズムを先端的な分子シミュレーションを用いて明らかにする。まずp53のN末端領域にある2つの転写活性化ドメイン(TAD)を対象にした研究に関しては、リン酸化の有無や変異体の解離定数が得られており、伸びた状態で結合している2番目のTAD(TAD2)と他のタンパク質との複合体構造を最初のターゲットとした。具体的には、Ser46とThr55がリン酸化され伸びたヒモ状の構造をとるp53-TAD2と転写因子p62との複合体(PDB: 2ruk)、およびリン酸化されてα構造をとるp53-TAD2とp62のホモログであるTfb1との複合体(PDB: 2gs0)の二つの複合体について、分子動力学シミュレーションを行った。p53とp62またはTfb1の結合における残基の相互作用を分析した結果、p62の方が相互作用する残基が多く、リン酸化された残基も相互作用していることが分かった。これらの結果から、p53のリン酸化はp53の結合能向上のための重要な役割を果たしていることが示唆された。
    アセチル化を受けるp53のC末端ドメイン(p53-CTD)に関しては、複数のタンパク質との複合体立体構造が得られているNLS II付近に注目し、SIRT1(ヒトSir2)との相互作用を対象に研究を行った。MDシミュレーションでは、Sir2がアセチル化されたp53に結合すると、ループ領域が開いた状態になることが観察された。逆に、非アセチル化p53に結合すると、ループ領域は閉じた状態になった。この観察結果は、アセチル化がSirと結合するNAD+の結合ポケット入口の開閉状態に関与するメカニズムを示唆している。この選択メカニズムは、Sir2の効率を高めるものであると考えられる。

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  • 味覚受容体による「多対多」の化学物質認識メカニズムの構造生物学的究明

    研究課題/領域番号:23K27117  2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    山下 敦子, 北尾 彰朗

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    配分額:18720000円 ( 直接経費:14400000円 、 間接経費:4320000円 )

    これまで味覚受容体T1rについては、組換え試料調製系が確立できているメダカT1r2a/T1r3リガンド結合ドメイン(LBD)を中心とした研究を進めてきたが、この他に7種のT1rヘテロ二量体の試料調製を新たに達成した。このうちの5種について、示差走査蛍光測定により既知T1rリガンドを中心とした結合スクリーニングを実施した結果、3種がメダカT1r2a/T1r3同様幅広いアミノ酸を認識するのに対し、2種が特定のアミノ酸に極めて高い親和性を示す、異なる基質特異性を持つことを明らかにした。また、すでに試料調製系を確立していた別の1種について、変異体を作製とアミノ酸結合解析を行った結果、この受容体がメダカT1r2a/T1r3とは異なる基質特異性を示す構造要因を明らかにした。さらに、メダカT1r2a/T1r3については、これまでにアミノ酸の他に塩化物イオンもリガンドとなることを報告していたが、塩化物イオン以外のハロゲンイオンも同受容体LBDに結合することを確認し、蛍光融合タンパク質を用いた蛍光共鳴エネルギー移動測定から、これらのハロゲンイオンの結合も、LBDの構造変化を引き起こすことを明らかにした。加えて、メダカT1r2a/T1r3とは基質特異性が異なる別のT1rについても、ハロゲンイオン結合能を確認し、ハロゲンイオン認識能がT1r間で保存されていることを示唆する結果を得た。加えて、2種のT1rヘテロ二量体についてクライオ電子顕微鏡単粒子解析による構造解析に着手した。
    また、これらのT1rによる基質認識の詳細を明らかにするため、メダカT1r2a/T1r3などのT1rLBD構造を用いた分子動力学シミュレーションを実施し、複数の異なるアミノ酸リガンドについて、解離過程のシミュレーションを実施し、標準結合自由エネルギー、解離/結合速度定数を計算した。

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  • 最先端シミュレーションによる物質共生に関わる相互作用の定量的予測

    研究課題/領域番号:23H04058  2023年4月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    北尾 彰朗

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    配分額:7800000円 ( 直接経費:6000000円 、 間接経費:1800000円 )

    この領域の森グループとの共同研究として行ったポリエチレングリコール(PEG)と抗PEG抗体の相互作用の解析に進展があった。抗体の抗原結合部位1個に対してPEG鎖1本の系に関しては、PEG鎖が抗体の結合部位上をスライドしながら相互作用をしていることを明らかにし、スライドに要する拡散係数は、T細胞依存(TI)抗原とT細胞非依存(TD)抗原によって得られた抗体間で大きく異なっていることも示すことができた。これらの結果については論文投稿段階に至っている。さらに複数の相互作用の総和としてのAvidityの効果を調べるため、抗体の抗原結合部位1個に対してPEG鎖が複数本ある系についても改良を行い、脂質の結合したPEG鎖を用意することで順調にMD計算の実行を開始し、その後計算を進めている。
    前仲グループとの共同研究として行った、単純ヘルペスウイルス(HSV-1)が免疫細胞の攻撃を抑える際に用いるglycoprotein B (gB)と宿主の免疫細胞表面にあってこれと結合する抑制化型PILRαとの相互作用についても進展があった。具体的にはgB 由来のGalNAc型のグリコペプチドとGlcNAc型のグリコペプチドに注目し、ダイナミクスやPILRαとの水素結合の違いを詳しく調べた。その結果、特定のヒスチジン残基との有意な相互作用の違いがみられた。これが分子認識において重要な効果をもたらしていると考えられる。
    更にタンパク質が結合する分子の微細な違いを区別し、異なる応答をする仕組みを調べた。うまみ受容体と異なるアミノ酸の結合能の違いは、結合自由エネルギー計算から再現することができた。微細な糖の違いを認識し輸送するナトリウム―グルコース共輸送体SGLTに関しては、新しく実験で得られた立体構造に基づいてシミュレーションを再実行し、結合親和性の計算を進めた。

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  • タンパク質のダイナミックス

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    資金種別:競争的資金

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  • 蛋白質分子の設計

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  • タンパク質の複合体形成原理

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  • タンパク質の立体構造安定性

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担当経験のある科目(授業)

  • 高大連携授業「先端科学技術入門」コンピュータで観るバイオ分子の働き

    2025年11月 機関名:東京科学大学附属科学技術高等学校

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  • 生命情報学2

    2025年7月 - 現在 機関名:東京科学大学

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  • 生命情報学3

    2025年7月 - 現在 機関名:東京科学大学

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  • 化学特別講義1

    2025年6月 - 2025年7月 機関名:京都大学理学部

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  • Science Tokyo-Tsinghua Univ Joint graduate program. Molecular simulation of biomolecules: the basics and the applications

    2025年5月

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  • 物理化学第三

    2019年9月 - 現在 機関名:東京工業大学生命理工学院

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  • 生命情報学

    2019年3月 - 現在 機関名:東京工業大学生命理工学院

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  • 基礎実験

    2018年4月 - 現在 機関名:東京工業大学生命理工学院

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  • 生物計算科学

    2017年9月 - 現在 機関名:東京工業大学生命理工学院

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  • 生物物理学II

    機関名:東京大学理学部物理学科

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  • 生物物理学特論

    機関名:東京大学大学院理学系研究科物理学専攻

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  • 物理学特別講義AXV

    機関名:東京大学大学院理学系研究科物理学専攻

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  • 蛋白質立体構造解析学

    機関名:東京大学大学院新領域創成科学研究科情報生命科学専攻

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  • 全学自由研究ゼミナール

    機関名:東京大学教養学部

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  • 情報生命科学特別研究

    機関名:東京大学大学院新領域創成科学研究科情報生命科学専攻

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  • 情報生命科学演習

    機関名:東京大学大学院新領域創成科学研究科情報生命科学専攻

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  • 応用物理学第1

    機関名:慶應義塾大学

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  • 化学演習(熱力学・統計力学)

    機関名:京都大学理学部化学科

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  • 化学演習(量子・統計)

    機関名:京都大学理学部化学科

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  • 現代化学セミナー

    機関名:京都大学理学部化学科

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  • 量子化学研究特論

    機関名:京都大学大学院理学研究科化学専攻

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  • 化学実験

    機関名:京都大学理学部化学科

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  • 計算機演習

    機関名:京都大学理学部化学科

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  • 生命と情報

    機関名:筑波大学第三学類工学システム学類

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  • 物理学特別講義A

    機関名:慶應義塾大学大学院理工学研究科物理学専攻

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  • 生体高分子動力学

    機関名:京都大学大学院理学研究科化学専攻

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メディア報道

  • How proteins bind to RNA: the dual mechanism of zinc fingers and disordered regions インターネットメディア

    EurekAlert!  EurekAlert!  EurekAlert!  2026年8月

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  • How proteins bind to RNA: the dual mechanism of zinc fingers and disordered regions インターネットメディア

    Mirage News  Mirage News  Mirage News  2026年8月

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  • Tryptophan-Rich Allosteric Communication Network Drives Activation of Key Drug Target インターネットメディア

    TECHNOLOGY NETWORKS  TECHNOLOGY NETWORKS  TECHNOLOGY NETWORKS  2026年3月

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  • Researchers use NMR, mathematical modelling and simulations to reveal how a tryptophan-rich allosteric communication network helps activate a major drug target receptor インターネットメディア

    EurekAlert!  EurekAlert!  EurekAlert!  2026年3月

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  • How a tryptophan-rich allosteric communication network helps activate a major drug target receptor インターネットメディア

    PHYS.ORG  PHYS.ORG  2026年3月

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  • NMR, Modeling Uncover Drug Target Activation Mechanis インターネットメディア

    Mirage News  Mirage News  Mirage News  2026年3月

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  • Scientists uncover mechanism driving efficient protein deacetylation by Sir2 enzyme インターネットメディア

    The Medical News  The Medical News  The Medical News  2025年11月

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  • Scientists uncover key mechanisms that drive an enzyme linked to aging and cancer インターネットメディア

    EurekAlert!  EurekAlert!  EurekAlert!  2025年11月

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  • 酵素Sir2のタンデムアロステリック効果 新聞・雑誌

    [日刊] 研究最前線「知尋」  [日刊] 研究最前線「知尋」  2025年11月

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  • How proteins bind to RNA: the dual mechanism of zinc fingers and disordered regions インターネットメディア

    EurekAlert!  EurekAlert!  EurekAlert!  2025年8月

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  • Zinc Fingers, Disordered Regions: RNA Binding Unveiled インターネットメディア

    Mirage News  2025年8月

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