B -7) 学会および社会的活動 学協会役員、委員
分子シミュレーション研究会幹事 (1998- ).
日本学術振興会第 139委員会委員 (2000- ).
B -8) 他大学での講義、客員
東京大学教養学部 , 「熱力学 B 」, 1998年 4 月 - .
新潟大学大学院自然科学研究科 , 大学院特別講義「分極モデルを用いた水および超臨界水の計算機シミュレーション」, 2003年 7月 23日 -24 日 .
東北大学大学院理学研究科 , 大学院特別講義「分子シミュレーションの基礎」, 2003年 7月 10-11 日 .
C ) 研究活動の課題と展望
溶液のような多自由度系において，量子化された系の動力学を計算機シミュレーションの手法に基づいて解析していくため には，少なくとも現時点においては何らかの形で新たな方法論の開発が要求される。これまでに振動緩和や量子液体につ いての研究を進めてきたが，これらに対しては，方法論の確立へ向けて一層の努力を続けるとともに，すでに確立してきた手 法の精度レベルで解析可能な現象や物質系に対して具体的に計算を広げていくことも重要であると考えている。また，電子 状態緩和や電子移動反応への展開も興味深い。
一方で，超臨界流体や生体系のように，古典系ではあるが複雑であり，また巨大で時定数の長い系に対しては計算の高速 化が重要となる。これには，方法論そのものの提案として実現していく美しい方向に加えて，グリッドコンピューティングなど 計算アルゴリズムの改良やさらには現実の計算機資源に対する利用効率の高度化にいたるまで様々なレベルでのステップ アップが求められる。このため，複雑な系に対する計算の実現へ向けた現実的で幅広い努力が必要であるとも考えている。
3-10 機構共通研究施設（分子科学研究所関連）
統合バイオサイエンスセンター
木 下 一 彦（教授） （相関分子科学第一研究部門兼務）
A -1)専門領域：生物物理学
A -2)研究課題：
a) 一分子生理学の立ち上げ：一個の分子機械の機能と構造変化の直接観察
A -3)研究活動の概略と主な成果
a) たんぱく質ないし R NA でできた分子機械はたった一分子で見事な機能を発揮する。その仕掛けを探ることが我々 の研究目標である。分子機械は確率的に働く（次の瞬間に何をするのかをサイコロを振って決める）ため，複数の分 子機械の動きを同期させることができない。したがって，どうしても個々の分子機械の働く所を直接観察し，必要な ら１個１個の分子機械を直接操作する必要がある。我々は，光学顕微鏡の下で，「生きた」分子機械を相手に解析を続 けている。主な成果として，①回転分子モーターF1-A T Paseの回転の一分子観察方法を種々開発し，回転機構の基本 原理を解明しつつある。②同モーターにつき一分子蛍光エネルギー移動を利用した解析を行った結果，知られてい る結晶構造が A T P 待ちの状態ではなくそこから角度にして 40 度ほどずれた構造をとっていることが示唆された。
B -1) 学術論文
K. ADACHI, H. NOJI and K. KINOSITA, Jr., “Single Molecule Imaging of the Rotation of F1-ATPase,” Methods Enzymol.
361B, 221–227 (2003).
R. YASUDA, T. MASAIKE, K. ADACHI, H. NOJI, H. ITOH and K. KINOSITA, Jr., “The ATP-Waiting Conformation of Rotating F1-ATPase Revealed by Single-Pair Fluorescence Resonance Energy Transfer,” Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 9314–9318 (2003).
B -4) 招待講演
木下一彦 , 「たんぱく質一分子でできた回転モーター」, 第９回ナノ・バイオテクノロジー研究会 , 名古屋 , 2003年 2 月 . 木下一彦, “Chemo-mechanical Coupling in a Rotary Molecular Motor Revealed by Single-Molecule Physiology,” F NB 2003 ナノ・バイオ融合テクノロジー国際シンポジウム, つくば , 2003 年 3 月 .
木下一彦, 「一分子生理学から学んだ化学―力学エネルギー変換の仕組」, 日本顕微鏡学会 2003年度シンポジウム 分子レベルの顕微鏡学 , 京都 , 2003 年 3月 .
木下一彦 , “Chemo-mechanical Coupling in the Rotary Motor F1-ATPase,” 第 19回国際生物学賞記念シンポジウム, 奈良 , 2003 年 12 月 .
木下一彦 , 「たんぱく質一分子でできた回転モーター」, 分子ナノテクノロジー第 174委員会 , 京都 , 2003年 12月 .
木下一彦 , 「F1-A T Paseの回転機構：A T P 駆動のたんぱく質分子機械が働く仕組み」, 第 26回日本分子生物学会年会 , 神 戸 , 2003 年 12 月 .
K. KINOSITA, Jr., “Chemo-mechanical Coupling in F1-ATPase Revealed by Single-Molecule Physiology,” 2003 Winter Conference on Biophysics The Biophysics of Single Molecules, Aspen (U. S. A. ), January 2003.
K. KINOSITA, Jr., “Single-Molecule Studies of the Rotary Mechanism of F1-ATPase,” Keystone Symposia, Keystone (U. S.
A. ), February 2003.
K. KINOSITA, Jr., “Single-Molecule Physiology,” 1er Seminaire Transalpin de Physique, Lausanne (Switzerland), March 2003.
K. KINOSITA, Jr., “Chemo-mechanical Coupling in F1-ATPase Revealed by Single-Molecule Physiology,” 225th ACS National Meeting, New Orleans (U. S. A. ), March 2003.
K. KINOSITA, Jr., “Chemo-mechanical Coupling in F1-ATPase, A Rotary Motor Made of a Single Protein Molecule,” Chairmen of the European Research Councils Chemistry Committees, Gothenburg (Sweden), April 2003.
K. KINOSITA, Jr., “Mechano-Chemical Coupling in F1-ATPase,” Bionanotechnology Euroconference on Biomolecular Devices, Granada (Spain), July 2003.
K. KINOSITA, Jr., “The rotary mechanism of F1-ATPase studied by single-molecule physiology under an optical microscope,”
9th International Workshop on “Single Molecule Detection and Ultra Sensitive Analysis in the Life Sciences,” Berlin (Germany), September 2003.
B -7) 学会および社会的活動
文部科学省、学術振興会等の役員等 日本学術会議生物物理学研連委員 .
B -8) 他大学での講義、客員
慶應義塾大学理工学部 , 客員教授 , 「生物物理学」, 2001年 4 月 - .
早稲田大学理工学部 , 客員非常勤講師「総合生命理工学特論」, 2001 年 9 月 - .
C ) 研究活動の課題と展望
分子モーターの働きを説明する理論的モデルの構築を試みる予定である。
青 野 重 利（教授） （相関分子科学第一研究部門兼務）
A -1)専門領域：生物無機化学
A -2)研究課題：
a) 一酸化炭素センサータンパク質 C ooA の構造と機能に関する研究 b) 酸素センサータンパク質 HemA T の構造と機能に関する研究 c) 新規な気体分子センサータンパク質の単離とその性質の解明
A -3)研究活動の概略と主な成果：
a) これまでの研究においては，紅色非硫黄光合成細菌中に含まれる転写調節因子 C ooA が，一酸化炭素を生理的なエ フェクターとして利用しており，一酸化炭素存在下においてのみ，転写活性化因子としての活性を獲得する，新規な 転写調節因子であることを明らかにしてきた。本年度は，好熱性一酸化炭素酸化細菌Carboxydothermus hydrogenoformans 中に，これまで研究対象としてきたC ooA のホモログタンパク質が存在していることを明らかにした。本ホモログタ ンパク質の大量発現系の構築に成功し，その精製法の確立を行った。精製したC ooA ホモログは，これまでのC ooA 同 様，分子中にプロトヘムを含むヘムタンパク質であることが分かった。本C ooA ホモログの活性中心の構造，反応機 構を遺伝子工学的手法および物理化学的手法を用いて検討した結果，これまでのC ooA とは微妙に異なった活性中 心構造を有していることが明らかになりつつ有る。
b) 枯草菌中に含まれるHemA T は，本細菌の酸素に対する走化性制御系において酸素センサーとして機能するシグナ ルトランスデューサータンパク質である。本年度は，HemA T による酸素センシング機構の解明を目的とし，各種ア ミノ酸変異体を調製し，それらの性質に関し，詳細な検討を行った。その結果，HemA T 中にふくまれるヘムの遠位側 ヘムポケットに存在する 70番目のチロシン，ならびに 95番目のトレオニンが酸素センシングに重要な役割を果た していることを明らかにした。HemA T が関与するシグナル伝達機構の解明を目的として，in vitro活性測定系の構築 も試みている。本系は，センサーとして HemA T ，HemA T からシグナルを受容するシグナル伝達タンパク質として C heA およびC heV タンパク質から構成されている。これらのタンパク質に，系統的にアミノ酸変異を導入し，変異導 入による活性の変化を詳細に解析，検討することにより，シグナル伝達機構の解明を試みている。
c) 新規な気体分子センサータンパク質として，S. aureus中に含まれる NreB タンパク質を対象とした研究を行ってい る。NreB は，２成分情報伝達系を構成するセンサー型ヒスチジンキナーぜであり，その分子中に特徴的なシステイ ン含有配列を有していることから，鉄硫黄クラスターを含む鉄硫黄タンパク質ではないかとの予想をたて，NreB 大 量発現系の構築を行なった。予備的な検討では，発現したNreB は鉄硫黄タンパク質に特徴的な電子吸収スペクトル を示すことが明かとなった。このことから，NreB 中にふくまれる鉄硫黄クラスターが酸素センサーの活性中心とし て機能している可能性が高いと考えられる。鉄硫黄クラスターが気体分子センサーの活性中心として機能している 例は，これまでにほとんど知られておらず，NreB が新規な性質を有する気体分子センサーであると考えられる。
B -1) 学術論文
H. SAWAI, N. KAWADA, K. YOSHIZATO, H. NAKAJIMA, S. AONO and Y. SHIRO, “Characterization of the Heme Environmental Structure of Cytoglobin, a Fourth Globin in Humans,” Biochemistry 42, 5133–5142 (2003).
B -3) 総説、著書
S. AONO, “Structural and functional properties of the CO sensing transcriptional activator CooA,” Proceedings of 3rd International Conference on Oxygen and Life, Yuzuru Ishimura, Ed., International Congress Series, 1233, 243–249 (2002).
S. AONO, “Biochemical and biophysical properties of the CO-sensing transcriptional activator CooA,” Acc. Chem. Res. 36, 825–831 (2003).
青野重利, 「一酸化炭素センサーとして機能する転写調節因子C ooA の構造と機能」, Molecular Medicine 40, 160-164 (2003).
青野重利 , 「一酸化炭素による遺伝子発現制御」, バイオサイエンスとバイオインダストリー 61, 37–38 (2003).
B -4) 招待講演