同義コドンがタンパク質主鎖コンフォメーションに与える影響の再評価 —— 厳密な統計検定による構造生物学パラダイムの再考 一、学術的背景と研究動機 分子生物学と構造生物学の分野では、コドン（codon）とタンパク質構造との関係が常に注目されてきました。伝統的な考え方では、タンパク質の一次構造（すなわちアミノ酸配列）がその立体構造（フォールディング）を決定し、遺伝暗号の「縮重性」により同じアミノ酸が複数の「同義コドン（synonymous codons）」でコードされることが可能です。1990年代末以降、同義コドンの使用傾向がmRNAスプライシング、翻訳速度制御、タンパク質の折り畳みダイナミクスなど、様々な生物学的プロセスと密接に関わることが多くの文献で確認されています。これらの知見は、分子生物...

神経伝達物質放出調節の新機構を解明：Munc13-1新規自己抑制構造とカルシウム調節作用に関する研究レビュー 一、学術的背景と研究の発端 ニューロン間のシグナル伝達は化学シナプスに依存しており、シナプス前終末の神経伝達物質は小胞のエクソサイトーシス（突触胞放出、synaptic exocytosis）によって正確に放出されます。そして、シナプス活動ゾーン（active zone, AZ）はこの過程の分子的基盤を形成しています。シナプス活動ゾーンのタンパク質複合体は、小胞のドッキング、プライミング、融合、および伝達物質放出の正確性を決定するだけでなく、神経可塑性など高度な神経機能にも中心的な役割を果たしています。 多数の突触放出調節分子の中でも、Munc13ファミリーのタンパク質（Munc13...

タンパク質構造予測の新時代を切り拓く学術的背景 タンパク質構造の解析は、分子生物学および生命科学分野の中心的課題の一つです。従来の実験手法であるX線結晶構造解析、核磁気共鳴（NMR）、クライオ電子顕微鏡は、タンパク質の三次元構造研究に確かな基盤をもたらしてきましたが、試料作成の煩雑さや時間コストの高さ、そしてタンパク質の種類による適用範囲の限界により、全プロテオーム（蛋白質群）を広く網羅することは困難でした。2020年にDeepMindが開発したAlphaFold2（AF2）システムの登場以降、タンパク質構造予測分野は画期的な進展を迎えます。AlphaFold2はディープラーニングの手法を用いることで、ほぼ全ての既知のタンパク質配列の高品質な構造予測を実現し、構造網羅率を大きく拡張、生物医学...

学術的背景 低温電子顕微鏡（Cryo-EM）は、タンパク質などの巨大分子の構造を解析するための重要な実験技術です。しかし、Cryo-EMの有効性は、低コントラストや構造の異質性などの実験条件によって引き起こされるノイズや密度値の欠損によってしばしば制限されます。既存のグローバルおよびローカルな画像シャープニング技術はCryo-EM密度マップの改善に広く使用されていますが、より正確なタンパク質構造を構築するためにその品質を効率的に向上させることには依然として課題があります。この問題を解決するために、研究者はCryoTenという3D UNETR++スタイルのTransformerモデルを開発し、Cryo-EM密度マップの品質を効果的に向上させることを目指しています。 論文の出典 この論文は、Jo...

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。 ...