タンパク質の折りたたみ構造を物理で解明！

アミロイド症はタンパク質の変性から

タンパク質は直接、生命現象に関わる重要な物質であり、その機能は折りたたみ（フォールディング）構造に依存すると言われています。タンパク質は1個ずつ単独に折りたたまれていて、内側は水を嫌う疎水的なもの、外側は水を好む親水的なもので構成されています。親水的なもの同士はくっつくことはないのですが、何かの拍子にこの構造がほどけてしまうと、内側にある疎水的なものが飛び出して、ほかのタンパク質にくっついてしまうことがあります。これがいわゆる「アミロイド症」と呼ばれるもので、「アルツハイマー病」や「BSE（牛海綿状脳症）」の原因ではないかと考えられています。

計算機シミュレーションがタンパク質の謎を解く！

アミロイド症は間違った折りたたみ方（ミスフォールディング）をしたタンパク質がアミロイド線維と呼ばれる凝集体を作って蓄積し、神経毒として作用することで脳の機能が低下する疾患と言われていますが、このアミロイド線維の構造はX線回折やNMR（核磁気共鳴）などの実験ではよくわかりません。そのため、解明にはスーパーコンピュータなどを使った計算機シミュレーションが期待されています。とはいえ、タンパク質のような多自由度をもつ複雑系は、これまでのやり方ではどうしてもシミュレーションがエネルギー極小状態に留まってしまいがちです。そこで注目されるのが、「拡張アンサンブル法」です。

他分野の応用で夢を叶える

物性物理学の分野で開発された拡張アンサンブル法というシミュレーション手法は、エネルギーの極端な上げ下げを繰り返し行って、エネルギーが極小状態に留まるのを避けるという方法です。その代表的なものに「マルチカノニカル法」「焼き戻し法」「レプリカ交換法」があります。拡張アンサンブル法を使った計算機シミュレーションは実験結果ともよく合い、将来も有望です。予測がつくようになれば薬の設計にも革命が起きることになるでしょう。物理学の分野から化学、生物学、薬学、医学への大きな貢献です。

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先生情報 / 大学情報

名古屋大学理学部物理学科教授岡本祐幸先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

理学、物理学、化学、生物学、薬学、医学

メッセージ

数学・物理学・化学・生物学などは、昔の分類だと思います。いろいろな分野で基礎を固めたら、新しい分野にどんどん踏み込んで行ってほしいです。若いあなたには無限の可能性がありますから、ひとつの分野にとらわれないほうがいいと思います。私が所属するのは物理学科ですが、海外の国際会議に招待されるのは化学会のほうが多いです。アメリカでは私がやっているような分野は化学専門の人のほうが多いのです。化学や生物学を学ぶにしても、物理学や数学の基礎知識は必ず役に立ちます。自分の可能性を拘束せず、幅広く勉強してください。

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名古屋大学は、研究と教育の創造的な活動を通じて、豊かな文化の構築と科学・技術の発展に貢献してきました。「創造的な研究によって真理を探究」することをめざします。また名古屋大学は、「勇気ある知識人」を育てることを理念としています。基礎技術を「ものづくり」に結実させ、そのための仕組みや制度である「ことづくり」を構想し、数々の世界的な学術と産業を生む「ひとづくり」に努める風土のもと、既存の権威にとらわれない自由・闊達で国際性に富んだ学風を特色としています。この学風の上に、未来を切り拓く人を育てます。