薬品物理化学

研究室紹介

薬品物理化学?研究室HP
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研究室の概要

中津　亨　教授

薬品物理化学研究室では生命現象の分子基盤を"視る"ということに明らかにする研究を行っています。創薬を行うためには、薬になる物質の性質を知ることも大切です。すなわち、その物質が生体内の分子にどのような影響を与えるかを詳しく知る必要があります。その影響は酵素反応による化学エネルギーの発生であったり、電荷を利用した物理学的な現象であったりなど様々です。これの物理化学的な現象は分子が持つ特有の形によって生み出されます。そこで我々の研究室では生体内の分子、特にタンパク質に焦点を当て、その立体構造を視ることはもちろん、動いている様を明らかにすることによってそれらの分子が生み出す物理化学的な現象の仕組みを理解することを目指しています。

研究においてポイントとなる単語?言葉

X線結晶構造解析、放射光、X線自由電子レーザー、時分割構造解析、生物発光、ライブイメージング、イオンチャンネル、神経活動、膜電位

教育の内容

視る、すなわち分子の立体構造を決定する、ということは対象物質を理解するもっとも優れた手段です。その中心となるのはX線結晶構造解析です。これ以外にも、電子顕微鏡、中性子線回折、核磁気共鳴などがあります。より詳細に観察する、すなわち分子がどのような性質を持ち、動きを有しているのかを明らかにするために、分光学や電気生理学などの様々な測定手法を用います。このような実験を精度よく行うためには、自分自身で非常に純度が高く性質の良いサンプルを作るために生化学的な実験も必要となります。このようにまずは基本的な物理化学、生物化学を学び、研究の最先端技術を学んでいきます。また実験によって得られたデータや、さらには世の中に溢れかえっている様々な情報をいかに正しく扱うのか、そして、その際にどのようにコンピュータを活用するのか、ということについても学んでいきます。

研究の内容

研究のおもな対象は生物発光に関わるタンパク質とイオンチャネルです。

蛍やクラゲにみられる生物発光はそのタンパク質分子内部で生じる化学反応によって発光が生じる現象です。大きな特徴として量子収率、すなわち発光基質１分子の反応から１つの光子が発する確率、が非常に高いことが知られています。しかし、なぜ高いのかその構造的な基盤は全く分かっておらず、化学反応の理解がかなり進んでいる現在でも謎の１つです。これを理解することはエネルギー損失の少ない系を考える基本となります。生物発光自体はもちろんヒトとは直接関係がありません。しかし、これを用いると生体内の動きをモニターするツールとして使えることが知られています。しかし、発光強度が弱かったり、使える状況が限られたりということで、どこでも視るということに応用はできていません。そこで、詳細な反応機構を明らかにし、どうすれば発光強度が強くなるか、使いたいところで使えるようなテーラーメードの発光関連タンパク質を作ることができることを目指しています。これを明らかにすることを目的に単に分子の立体構造を視るだけではなく、その動きを視るための方法論の開発も行っています。

イオンチャネルは、特定のイオンのみを通すことができる細胞膜上の小さな穴（孔：ポア）です。陽イオンあるいは陰イオンのみを通すことで細胞膜には膜電位と呼ばれる電位差が生じ、これが電気信号となって神経情報が伝達されます。様々な種類のイオンチャネルがありますが、その中でも膜電位感受性ナトリウムチャネルは活動電位の発生をになう重要な膜蛋白質です。そのため、様々な薬剤の標的となっており、身近な例として歯科麻酔などの局所麻酔薬が挙げられます。よってこれらのチャネルの分子メカニズムを明らかにすることは神経情報伝達を分子レベルで理解するために非常に重要であるとともに、より効果の高い痛み除去の方法の開発に大きく貢献することができます。