タンパク質機能を決める「隠れた水の構造」を世界初可視化に成功—タンパク質と水を一体で捉える新概念「タンパク質超構造」を提唱—

研究者情報

概要

　金沢大学ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）の福間剛士教授、アイハン・ユルトセベル特任助教、京都大学大学院生命科学研究科／金沢大学ナノ生命科学研究所の炭竈享司特定講師、米国ワシントン大学のMehmet Sarikaya教授らによる国際共同研究グループは、タンパク質表面を取り囲む水分子がアミノ酸配列に応じて高度に秩序化された立体構造を形成していることを、世界で初めて直接可視化することに成功しました。

　近年、人工知能（AI）によるタンパク質構造予測技術の進展により、タンパク質の立体構造を高精度に予測できるようになりました。しかし、アミノ酸配列や立体構造が分かっていても、その機能や分子間相互作用、生体内での振る舞いを正確に予測することは依然として困難です。本研究では、最先端の三次元原子間力顕微鏡（3D-AFM）を用いて、ペプチド集合体周辺の水和構造をサブナノメートル分解能で観察しました。その結果、水は単なる溶媒ではなく、疎水性、極性、芳香族性、電荷を持つアミノ酸残基の特性に応じて、多層的かつ規則的な構造を形成していることを明らかにしました。

　さらに本研究グループは、タンパク質本体とその周囲に形成される固有の水和構造を不可分な一体構造とみなし、「タンパク質超構造（Protein Superstructure）」という新しい概念を提唱しました。 

　本研究成果は、タンパク質機能の理解を大きく前進させるとともに、創薬、タンパク質工学、バイオマテリアル開発など幅広い分野への応用が期待されます。

　本研究成果は、2026年8月26日に国際学術誌『Nature Communications』のオンライン版（オープンアクセス）に掲載されました。

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