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内容紹介 近年,構造生物学の進展により,生体分子の構造から機能が発現するメカニズムを解明することができるようになった.さらには,質量分析顕微鏡や超解像度実体顕微鏡など新規の技術で新しい世界が開けつつある.こういったバックグラウンドのうえに,ペプチド創薬や核酸創薬などの新規分子を用いた創薬が期待される.本特集では,構造生命科学が観せてくれる世界,生命現象のメカニズムとそれに基づいた医療応用への発展を,専門の先生方に概説いただく.本雑誌「医学のあゆみ」は,最新の医学情報を基礎・臨床の両面から幅広い視点で紹介する医学総合雑誌のパイオニア.わが国最大の情報量を誇る国内唯一の週刊医学専門学術誌,第一線の臨床医・研究者による企画・執筆により,常に時代を先取りした話題をいち早く提供し,他の医学ジャーナルの一次情報源ともなっている.■ 生命現象を観る――革新的な構造生命科学が観せてくれる世界 ・はじめに ●X 線 ・膜輸送体の分子構造を観る――アミノ酸排出輸送体YddGのX線結晶構造解析 〔key word〕膜タンパク質、膜輸送体、X線結晶構造解析 ・結晶構造から理解するGPCRの活性化機構 〔key word〕Gタンパク質共役型受容体(GPCR)、シグナル伝達、X線結晶構造解析 ・ゲノム編集ツールCRISPR-Cas9によるDNA切断機構 〔key word〕ゲノム編集、CRISPR-Cas9、結晶構造 ・回転分子モーター(V1-ATPase)の分子メカニズム 〔key word〕分子モーター、V-ATPase、X線結晶構造解析 ・Toll様受容体の分子機構を観る 〔key word〕Toll様受容体、自然免疫、二量体形成、X線結晶構造解析 ・タンパク質膜透過駆動モーターSecDFの分子機構 〔key word〕タンパク質の膜透過、SecYEG、トランスロコン、膜タンパク質、プロトン濃度勾配 ・オートファジーの始動機構を観る 〔key word〕オートファジー、プレオートファゴソーム構造体、天然変性タンパク質、リン酸化 ・ミトコンドリア呼吸鎖の分子機構を観る 〔key word〕呼吸酵素、複合体I、複合体II、複合体III、複合体IV、プロトン能動輸送 ・自然免疫の分子機構を観る――効率的にシグナルが伝達するしくみ 〔key word〕自然免疫、パターン認識受容体、シグナル伝達、らせん対称、重合体 ●XFEL(X 線自由電子レーザー) ・バクテリオロドプシンの構造変化を捉えた分子動画 〔key word〕X線自由電子レーザー、プロトンポンプ、バクテリオロドプシン、シリアルフェムト秒結晶解析 ・光合成水分解反応の分子機構 〔key word〕光合成、水分解反応、光化学系II、膜タンパク質、結晶構造解析 ・連続フェムト秒解析で観る亜硝酸還元酵素の反応機構 〔key word〕連続フェムト秒構造解析、常温無損傷構造、酵素反応機構、プロトン共役電子移動、窒素代謝 ・チトクロームc酸化酵素の分子動画――水チャネルの動的開閉機構 〔key word〕ミトコンドリア呼吸鎖、プロトンポンプ、X線自由電子レーザー、時分割X線結晶構造解析、時分割赤外分光 ●電子顕微鏡 ・クライオ電子顕微鏡で観る繊毛 〔key word〕繊毛、クライオ電子顕微鏡、トモグラフィ ・糖鎖によってゆらぐ受容体蛋白質の構造を観る 〔key word〕受容体、Wntシグナル、LRP6、N型糖鎖、電子顕微鏡単粒子解析 ・クライオ電子顕微鏡によって明らかにされたタンパク質合成工場の仕組み 〔key word〕クライオ電子顕微鏡、単粒子解析、リボソーム、RNA、翻訳 ・クライオ電子顕微鏡が明らかにする膜タンパク質の機能構造 〔key word〕クライオ電子顕微鏡、単粒子解析、創薬 ●NMR(核磁気共鳴) ・核磁気共鳴法による膜タンパク質の機能に直結した動的構造平衡の解明 〔key word〕核磁気共鳴法(NMR)、Gタンパク質共役型受容体(GPCR)、β2アドレナリン受容体、μオピオイド受容体、P2X受容体 ・In-cell NMRによる細胞内のタンパク質の動態解析 〔key word〕In-cell NMR、分子クラウディング、立体構造、フォールディング安定性 ・無細胞タンパク質合成系による安定同位体標識利用NMR解析――情報科学を融合した標識技術:SiCode 〔key word〕NMR、安定同位体標識、無細胞タンパク質合成、符号理論、ベイズ推定 ・NMRを利用して糖タンパク質糖鎖の構造動態と相互作用を観る 〔key word〕NMR、糖タンパク質、レクチン、抗体、常磁性効果 ●原子間力顕微鏡 ・高速原子間極顕微鏡で観察したミオシン、バクテリオロドプシンの1分子動態 〔key word〕高速原子間力顕微鏡、ミオシン、アクチン、バクテリオロドプシン、1分子観察 ●FTIR(フーリエ変換赤外分光分析) ・ロドプシンファミリータンパク質 〔key word〕ロドプシン、レチナール、イオンポンプ、赤外分光、内部結合水 ●光遺伝学 ・光遺伝学による神経科学研究の新展開 〔key word〕睡眠覚醒、チャネルロドプシン、ハロロドプシン、オレキシン、因果関係 ●質量分析イメージング ・リン脂質のイメージング 〔key word〕リゾリン脂質、質量分析イメージング、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法(MALDI)、レーザーマイクロダイセクション(LMD) ●ナノデバイス ・デジタルELISA 〔key word〕デジタルバイオアッセイ、超微小溶液リアクタ、1分子計測 ・チャネルの電気生理学解析 〔key word〕イオンチャネル、電気生理、パッチクランプ法 ●ケミカルバイオロジー ・がん細胞早期発見をめざした大環状ペプチド蛍光イメージングプローブの開発 〔key word〕蛍光イメージングプローブ、大環状ペプチド、RaPIDシステム、上皮細胞接着分子(EpCAM)、肝細胞増殖因子受容体(c-Met) ・核酸医薬創出に向けた核酸化学研究の進展 〔key word〕アンチセンス核酸、siRNA、アプタマー、修飾核酸 ●蛍光イメージング ・蛍光プローブ技術 〔key word〕蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)、蛍光タンパク質 ・オートファジーを蛍光で観る 〔key word〕オートファジー、オートファゴソーム、蛍光顕微鏡、GFP、RFP ●計算機科学 ・計算機シミュレーションで観る膜タンパク質の構造ダイナミクス 〔key word〕分子動力学シミュレーション、スーパーコンピュータ、Anton、自由エネルギー計算法、レプリカ交換分子動力学法 ・ハイブリッド分子シミュレーションによるロドプシン光受容体の分子機能の理解と設計 〔key word〕ハイブリッドQM/MM法、量子化学計算、MDシミュレーション、ロドプシン、光遺伝学 ●FRET(蛍光共鳴エネルギー移動) ・FRETイメージングを用いたシグナル伝達の可視化――分子活性と細胞機能を顕微鏡で観る技術 〔key word〕フェルスター共鳴エネルギー移動、蛍光共鳴エネルギー移動、シグナル伝達、蛍光タンパク質 ・1分子FRETで観る分子の動態 〔key word〕蛍光イメージング、分子動態、1分子計測 ●超解像度実体顕微鏡 ・超解像顕微鏡で観える生物現象 〔key word〕超解像顕微鏡、蛍光顕微鏡、構造化照明、共焦点顕微鏡、ライブセルイメージング

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