シミュレーションベース推論による単分子構造認識の加速 ――《amortized template matching of molecular conformations from cryoelectron microscopy images using simulation-based inference》研究ニュースレポート 研究背景と意義 分子生物学や構造生物学の分野において、生体高分子がどのように異なる構造（コンフォメーション）へと転換してその機能を発揮するかを理解することは、生命現象のメカニズムを解明する核心的な目標です。よく知られているように、タンパク質や核酸などの生体高分子は高度な柔軟性を持ち、細胞内で様々な構造間を絶えず再編成しています。そして、これら異なるコンフォメーションは...

学術的背景と研究動機 近年、タンパク質–リガンドドッキング（protein–ligand docking）はバーチャル創薬スクリーニング（virtual drug screening）および構造に基づく新薬開発（structure-based drug discovery）の中核技術として、急速に発展してきました。大規模なハイスループットスクリーニング技術の応用により創薬効率は向上したものの、新薬開発は依然として高コスト・長期間・低い転化率などの課題に直面しています。従来の小分子ドッキング手法は、主にタンパク質とリガンドの三次元構造とエネルギー関数の評価に基づいていますが、ドッキングの精度をいかに向上させるかは、今なお本分野で解決すべき鍵となる技術的課題です。 一方で、クライオ電子顕微鏡（c...

学術的背景 ミトコンドリアは細胞のエネルギー工場であり、その内膜（mitochondrial inner membrane, MIM）の完全性は細胞機能にとって極めて重要です。prohibitin（PHB）は高度に保存されたタンパク質ファミリーであり、PHB1とPHB2の2つのサブタイプを含み、ミトコンドリアストレスシグナリング、細胞周期制御、アポトーシス、寿命調節など、さまざまな細胞プロセスで重要な役割を果たしています。PHB1とPHB2はミトコンドリア内膜で足場タンパク質として機能すると考えられていますが、その分子組織は長い間不明でした。過去の研究では、酵母でのネガティブ染色電子顕微鏡（EM）を用いて、PHB1/PHB2ヘテロ二量体が直径約20 nmの環状構造を形成する可能性が示唆されて...

学術的背景 タンパク質データバンク（Protein Data Bank, PDB）は、1971年の設立以来、世界で最も重要な生体分子の三次元構造データリソースとして、構造生物学、生物医学、バイオエネルギー、バイオテクノロジーなどの分野で重要なツールとなっています。PDBは、研究者に実験的に決定された生体分子構造データを提供するだけでなく、教育者がこれらの構造を教育に活用し、学生が生体分子の構造と機能を理解するのを支援しています。しかし、構造生物学技術の急速な発展、特にクライオ電子顕微鏡（cryo-EM）や人工知能（AI）によるタンパク質構造予測技術の進歩により、PDBは新たな課題に直面しています：これらの複雑な構造の科学的意義を一般の人々や研究者にどのように効果的に伝えるかです。 「今月の分...

内皮素受容体の拮抗剤選択性の解明：冷凍電子顕微鏡を用いた研究が重要な分子メカニズムを明らかに 学術背景 内皮素（Endothelin, ET）は強力な血管収縮ペプチドであり、心血管機能の調節において重要な役割を果たします。このファミリーにはET-1、ET-2、ET-3が含まれ、これらは内皮素受容体（Endothelin Receptors, ETRs）と結合することで血管の緊張や全体的な心血管の恒常性を調整します。内皮素受容体は主にETAとETBの2つのサブタイプがあり、これらは63％の配列相同性を有するものの、リガンドの親和性や機能において顕著な違いを示します。具体的には、ETAはET-1とET-2に高い親和性を持ち強力な血管収縮を誘導するのに対し、ETBは3つの内皮素アイソフォーム全てに...