研究背景と学問的意義 真核細胞内において、クロマチン（Chromatin）の三次元空間構造は、遺伝子発現の制御に極めて重要な役割を果たしています。DNAは複雑な折りたたみやループ形成、局所的な空間再構築を通じて、異なる遺伝子要素（プロモーターpromoterやエンハンサーenhancerなど）が空間的に隣接し、精巧なシス（cis）制御を実現します。近年、発生生物学、疾患メカニズム、またはエピゲノム研究の分野で、三次元ゲノム（3D-genome）の動的構造が遺伝子発現の変化と密接に関連していることが繰り返し証明されています。 現在、ゲノム空間構造を捉える主な実験手法には、3C、4C、5C、Hi-C、ChIA-PET、HiChIPなどがあります。しかし、これらの実験手法はコストが高く、操作が複雑...

学術的背景 タンパク質複合体の三次元構造解析は、現代の構造生物学、分子機構の研究、創薬、さらに人工タンパク質設計など多岐にわたる分野の核心的な課題である。タンパク質の機能はしばしばその構造によって決定されるが、多くの生物学的プロセスはタンパク質間の複雑な相互作用に関与している。従来の実験的手法（X線結晶構造解析、クライオ電子顕微鏡、NMRなど）はタンパク質の三次元構造を決定できるが、時間とコストがかかり、高スループットまたは大規模研究には不向きである。近年、データ駆動型のタンパク質構造予測手法（AlphaFold, RoseTTAFold等）が革命的な成果を挙げ、特に単体タンパク質モデルの精度は実験構造に匹敵するまでになった。しかし、タンパク質複合体の構造予測精度は単体ほど高くなく、とくに多...

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...

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 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...