チームリーダー*
木川隆則 D. Sci.

細胞構造生物学研究チーム

[2023年3月終了]

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[at]を@に変えてください

*現：NMR維持管理・共用促進チーム上級研究員；
生体分子動的構造研究チーム副チームリーダー

概要
主要論文
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業績

細胞環境における生命分子のかたちや動きから生命現象を知り新たなテクノロジーを生み出す

生命機能の担い手であるタンパク質などの生命分子が実際に働く場である細胞は、多種類の分子が高過密に充填されているとともに、細胞膜や細胞内小器官などにより分子の動きが制限されているなかで、様々な分子が協調して働く動的な環境となっています。近年、この細胞環境にある生命分子のかたち（立体構造）やその動的な振る舞い（動態）が、試験管内とは異なる例が見出されたことにより、細胞のなかでの分子の構造や動態を直接知ることが重要な課題となりました。本研究チームでは、主にNMR法と情報科学を駆使した解析により、細胞環境での分子構造動態を明らかにすることにより、生きた細胞における生命現象を詳細に理解することを目指しています。また、細胞環境にある分子のNMR計測は感度や分解能が著しく劣るため、これら問題を解決するための試料調製、安定同位体標識、NMR測定、およびデータ解析に関する技術の開発や高度化も進めています。さらに、得られた知見に基づいて、例えば細胞内のエネルギー産生メカニズムを活用したバイオ発電技術の開発など、生命の機能を活用した新たな技術を生み出すことにも挑戦しています。

研究テーマ

NMR法を用いた細胞環境における生体分子の解析
情報科学手法を活用したNMR技術の開発
無細胞タンパク質合成技術を用いた安定同位体標識技術の開発
生体機能を活用したバイオ発電技術の開発

主要論文

Yagi H, Kasai T, Rioual E, et al.
Molecular mechanism of glycolytic flux control intrinsic to human phosphoglycerate kinase.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 118(50), e2112986118 (2021) doi: 10.1073/pnas.2112986118

Shitanda I, Morigayama Y, Iwashita R, et al.
Paper-based lactate biofuel cell array with high power output.
Journal of Power Sources 489, 229533 (2021) doi: 10.1016/j.jpowsour.2021.229533

Ito K, Murayama Y, Kurokawa Y, et al.
Real-time tracking reveals catalytic roles for the two DNA binding sites of Rad51.
Nature Communications 11, 2950 (2020) doi: 10.1038/s41467-020-16750-3

Higuchi K, Yabuki T, Ito M, Kigawa T.
Cold shock proteins improve E. coli cell-free synthesis in terms of soluble yields of aggregation-prone proteins.
Biotechnology and Bioengineering 117(6), 1628-1639 (2020) doi: 10.1002/bit.27326

Kasai T, Ono S, Koshiba S, et al.
Amino-acid selective isotope labeling enables simultaneous overlapping signal decomposition and information extraction from NMR spectra.
Journal of Biomolecular NMR 74, 125-137 (2020) doi: 10.1007/s10858-019-00295-9

Inomata K, Kamoshida H, Ikari M, et al.
Impact of cellular health conditions on the protein folding state in mammalian cells.
Chemical Communications (Cambridge) 53(81), 11245-11248 (2017) doi: 10.1039/c7cc06004a

Kigawa T.
Advances in stable isotope assisted labeling strategies with information science.
Archives of Biochemistry and Biophysics 628, 17-23 (2017) doi: 10.1016/j.abb.2017.06.014

Kasai T, Nagata K, Okada M, Kigawa T.
NMR spectral analysis using prior knowledge.
Journal of Physics: Conference Series 699(1), 012003 (2016) doi: 10.1088/1742-6596/699/1/012003

Okamura H, Nishimura H, Nagata T, et al.
Accurate and molecular-size-tolerant NMR quantitation of diverse components in solution.
Scientific Reports 6, 21742 (2016) doi: 10.1038/srep21742

Shigeno-Nakazawa Y, Kasai T, Ki S, et al.
A pre-metazoan origin of the CRK gene family and co-opted signaling network.
Scientific Reports 6, 34349 (2016) doi: 10.1038/srep34349

Kasai T, Koshiba S, Yokoyama J, Kigawa T.
Stable isotope labeling strategy based on coding theory.
Journal of Biomolecular NMR 63(2), 213-221 (2015) doi: 10.1007/s10858-015-9978-8

Harada R, Tochio N, Kigawa T, et al.
Reduced native state stability in crowded cellular environment due to protein-protein interactions.
Journal of the American Chemical Society 135(9), 3696-3701 (2013) doi: 10.1021/ja3126992

Matsuda T, Furumoto S, Higuchi K, et al.
Rapid biochemical synthesis of C-11-labeled single chain variable fragment antibody for immuno-PET by cell-free protein synthesis.
Bioorganic & Medicinal Chemistry 20(22), 6579-6582 (2012) doi: 10.1016/j.bmc.2012.09.038

Akama S, Yamamura M, Kigawa T.
A Multiphysics Model of In Vitro Transcription Coupling Enzymatic Reaction and Precipitation Formation.
Biophysical Journal 102(2), 221-230 (2012) doi: 10.1016/j.bpj.2011.12.014

Yokoyama J, Matsuda T, Koshiba S, et al.
A practical method for cell-free protein synthesis to avoid stable isotope scrambling and dilution.
Analytical Biochemistry 411(2), 223-229 (2011) doi: 10.1016/j.ab.2011.01.017