東北大学
学際科学フロンティア研究所

Scribモジュールと呼ばれる一群のタンパク質（Scrib, Dlg, Lgl）は動物において進化的に保存されており、細胞の極性を様々なコンテクストで制御しています。Scribモジュールの遺伝子は、ショウジョウバエの遺伝学的なスクリーニングによって最初に同定されたtumor suppressors（がん抑制因子）として知られ、哺乳類モデルの腫瘍化やヒトのがんにも寄与することが示唆されています。頂端基底方向の極性をもつ上皮組織においては、basolateral (側底)に局在して、細胞極性の確立から維持に機能することが示されてきました。近年、ショウジョウバエをはじめとしたin vivo （生体内）モデルでの研究によって、Scribモジュールの分子動態やタンパク質ドメインの新しい機能が明らかになってきています。Scribモジュールのタンパク質は、上皮が極性化する過程や細胞間結合、さらに細胞分裂方向への寄与が提唱されています。先端学際基幹研究部の中嶋助教は、これまでの仕事において、Scribモジュールが細胞分裂方向を制御する機能を意欲的に明らかにしてきたこともあり（Nakajima et al., Nature 2013; Nakajima et al, J Cell Biol 2019）、今回の総説論文を寄稿しました。Scribモジュールの新しい機能や詳細な分子動態に注目することで、これらタンパク質の未知の機能や複雑な制御機構を明らかにしていくことが期待されます。 本成果は学術雑誌 The International Journal of Biochemistry and Cell Biology に2021年5月4日付でオンライン先行掲載されました。 2021年6月30日までは以下のURLから無料で誰でもダウンロードできます： https://authors.elsevier.com/a/1d2tH4qcwYUaTM 掲載論文： Yu-ichiro Nakajima  “Scrib module proteins: control of epithelial architecture and planar spindle orientation”, The International Journal of Biochemistry and Cell Biology 2021 May 4. doi: 10.1016/j.biocel.2021.106001.

タンパク質の化学構造に不可逆的な強い結合（共有結合）で機能を導入する技術「タンパク質化学修飾」は、タンパク質を用いるバイオマテリアル創出や、ドラックデリバリーシステム開発において必要不可欠な技術です。 新領域創成研究部の佐藤伸一助教らのグループは、東京工業大学科学技術創成研究院の中村浩之教授、東北大学大学院生命科学研究科の石川稔教授らと共同で、タンパク質に対する新しい化学修飾反応を開発しました。本手法では活性酸素種の一種である一重項酸素を利用することで、特定座標の周辺に存在するヒスチジン残基を迅速に機能化します。一重項酸素を活用する本手法は、局所空間内に存在するタンパク質を機能化する新たな戦略として、タンパク質研究を加速させると期待できます。 この研究成果に関する論文は2021年4月27日付けでJournal of the American Chemical Society 誌のオンライン速報版で公開され、5月12日に本学および東京工業大学よりプレスリリースされました。   論文情報： Keita Nakane, Shinichi Sato*, Tatsuya Niwa, Michihiko Tsushima, Shusuke Tomoshige, Hideki Taguchi, Minoru Ishikawa, and Hiroyuki Nakamura, "Proximity Histidine Labeling by Umpolung Strategy Using Singlet Oxygen", Journal of the American Chemical Society (2021). DOI: 10.1021/jacs.1c01626 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c01626   プレスリリース： 東北大学 http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/05/press20210512-01-nano.html 東北大学大学院生命科学研究科 https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/date/detail---id-50036.html

  教育院生及び学際研関係者以外の方で参加をご希望の方は５月１２日（水）までに下記のフォームから申し込みをお願い致します。 追って参加方法等についてご連絡致します。   申込書フォーム https://forms.gle/SEBbKuwrtEESmJJc7 ※参加には東北大メールが必要となりますので予めご確認下さい。   日時： ５月１４日（金）１３：００～　※学内限定とさせて頂きます   発表者： 笹木晃平（先端基礎科学/D3博士研究教育院生） 川崎　渉（物質材料・エネルギー/D3博士研究教育院生） 遠藤栞乃（生命・環境/D3博士研究教育院生） ほか   場所： オンラインセミナー（Zoom）   ■全領域合同研究交流会について

オンライン開催   　FRIS Hub Meetingは、FRISの研究者全員が参加する研究発表セミナーで、月に一度８月を除く毎月第4木曜日に開催しています。これまで参加者はFRIS内の研究者を対象としていましたが、2019年12月より、対象を東北大学の研究者、学生へと広げました。 また、2021年1月からは学際融合東北拠点のTI-FRIS Hub Meetingと合同で開催しています。   　言語は日本語と英語を混ぜて使用しています。異分野研究者同士では共通の常識や考え方は望めません。聴衆は発表中にどんどん質問し、討論し、理解を深めるようにしています。積極的にご参加ください。   第21回 FRIS Hub Meeting（TI-FRIS Hub Meetingとの合同開催） 日時：2021年5月27日（木）11：00－12：00　 開催方式：オンライン（Zoom） 事前登録が必要になります。参加申し込みフォームよりご登録ください。 発表者： Young-Ho LEE (李 映昊), Ph.D.（Research Center for Bioconvergence Analysis, Korea Basic Science Institute (KBSI), Principal Researcher） 発表タイトル： Recent understanding of disease-causing protein aggregation   要旨： Young-Ho Lee（李　映昊）1-4 1Research Center for Bioconvergence Analysis, Korea Basic Science Institute, Korea 2Bio-Analytical Science, Univ. of Science and Technology, Korea 3Research headquarters, Korea Brain Research Institute, Korea 4Graduate School of Analytical Science and Technology, Chungnam National Univ., Korea   Nascent proteins fold to native structures for gain-of-function in soluble states. Failure of keeping native structures often induces protein aggregation with loss-of-function and gain-of-disease such as Alzheimer's disease (AD), Parkinson's disease (PD), type 2 diabetes mellitus (T2DM), and so on.1-3 Despite of numerous efforts, much remains to be elucidated on underlying principles of protein misfolding and aggregation from the microscopic and macroscopic point of view. Today, I will first show the microscopic molecular mechanisms of protein aggregation, amyloid fibrillation and amorphous aggregation, with the general description on the structures of amyloidogenic precursors and amyloid fibrils.4-8 Aggregation of several amyloid proteins including Alzheimer`s amyloid b peptides in AD, a-synuclein in PD, and insulin in T2DM will be explained based mostly on my previous and on-going studies. Macroscopic viewpoints including solubility, supersaturation, and phase diagram for amyloid formation will be next given with a new calorimetry and NMR-based assay.3, 9-18 Several case studies which aimed at inhibiting toxic amyloid aggregation will be also addressed.19   References [1] Lee et. al. Biochim. Biophys. Acta.- Proteins Proteom. (2019); [2] Terakawa et. al. Biochim. Biophys. Acta.-Biomembr. (2018); [3] Nam and Lin et. al. Chem (2020); [4] Terakawa and Lee et. al. Biochim. Biophys. Acta.-Biomembr. (2018); [5] Lee and Ramamoorthy Protein Sci. (2018); [6] Terakawa and Lee et. al. Biochim. Biophys. Acta.-Biomembr. (2018); [7] Micsonai et. al. Nucleic Acids Res. (2018); [8] Micsonai et. al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (2015); [9] Kinoshita et. al. Phys. Chem. Chem. Phys. (2017); [10] Terakawa et. al. J. Biol. Chem. (2014); [11] Korshavn et. al. J. Biol. Chem. (2017); [12] Lin et. al. Langmuir (2016); [13] Ikenoue and Lee et. al. Angewandte chemie (2014); [14] Ikenoue and Lee et. al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (2014); [15] Lin et. al. ACS Nano (2019); [16] Kinoshita and Lin et. al. ChemComm (2018); [17] Park et. al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (2019); [18] Yi et. al. Chem. Sci. (2021); [19] Kim et. al. Nature Nanotechnol. (2018)     ◆FRIS Hub Meetingについて

新領域創成研究部の飯浜賢志助教は、東北大学材料科学高等研究所の鈴木和也助教、水上成美教授らと共同で、垂直磁化マンガン合金を用いたトンネル磁気抵抗（TMR）素子の高性能化に成功しました。大容量の不揮発性磁気抵抗メモリ（MRAM）等の産業応用展開に大きく貢献する成果です。 本研究では、同グループが独自に開発を進めてきたMRAM応用に理想的な磁気特性を有する垂直磁性材料マンガンガリウム合金に、新たに独自に開発を進めた準安定コバルトマンガン合金をナノスケールで高度に融合した人工のナノ反強磁性体を開発しました。この複合材料を用いることにより、当該垂直磁性材料を用いたTMR素子のTMR特性を飛躍的に向上させることに成功しました。 本成果は、大容量MRAMのみならず、貴金属を含まないマンガン合金の有するユニークな磁気特性を利用したTMR素子の産業応用展開にも貢献するものです。 本研究は、4月29日（米国時間）に米国の応用物理学分野の速報学術誌「Applied Physics Letters」の電子版に掲載され、4月30日に本学および各機関よりプレスリリースされました。   論文情報： Kazuya Z. Suzuki, Tomohiro Ichinose, Satoshi Iihama, Ren Monma, and Shigemi Mizukami. "Enhanced tunnel magnetoresistance in MnGa-based perpendicular magnetic tunnel junctions utilizing antiferromagnetically coupled bcc-Co based interlayer.", Applied Physics Letters 118, 172412 (2021). DOI: 10.1063/5.0042899 https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0042899   プレスリリース： 東北大学 http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/04/press20210430-02-tmr.html

磁石本来の単なる性能向上にとどまらず、従来の磁性体では実現不可能であった機能を発現する磁石や、磁石のON/OFF機能を併せ持つ磁石の開発が注目されています。新領域創成研究部の張 俊 助教と金属材料研究所の高坂 亘 助教、宮坂 等 教授の研究グループは、株式会社リガクの佐藤寛泰 博士との共同研究により、ベンゼンなどの小分子を吸着させることで、磁石でない状態から磁石へと変換する新たな多孔性材料の開発に成功しました。   今回開発された材料は分子性多孔性材料の一種で、層状構造になっており、その層の間にベンゼンなどの小分子を出し入れできるのが特徴です。元々、この分子性多孔性材料は磁石としての性質を持ちません（常磁性状態）。しかし、ベンゼンやジクロロメタン、キシレンなどの有機小分子を吸着させるとフェリ磁性体になることを確認しました。逆に、吸着させた小分子を脱着させることにより元の常磁性体に戻ります。一方で、二硫化炭素を吸着させた場合には、反強磁性体という、ベンゼン等の場合とは異なる磁気秩序状態へと変わることも見出しました。本現象は、小分子が分子格子の構造変位を伴って包摂状態を安定化させることにより、分子格子の電子状態が包摂前後で変化することにより生じます。これまでに小分子の吸着により、磁石でないものを磁石へと変換した例はありません。このような材料は、化学的刺激により駆動する新たな分子デバイス創製に繋がると期待されます。本研究成果は、2021年4月14日付け（現地時間）で米オンライン科学誌「Journal of the American Chemical Society」にオンライン掲載され、4月26日に本学よりプレスリリースされました。   論文情報： Jun ZHANG, Wataru KOSAKA, Hiroyasu SATO, Hitoshi MIYASAKA, "Magnet Creation by Guest Insertion into a Paramagnetic Charge-Flexible Layered Metal-Organic Framework", Journal of the American Chemical Society DOI：10.1021/jacs.1c01537 https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.1c01537   プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/04/post-62.html

細胞内の小胞体には、新しく作られたタンパク質に、構造を安定化するためにジスルフィド結合を導入する仕組みがあります。これを担っているのがPDIファミリー酵素です。PDIファミリー酵素の一つであるP5は、癌などの疾患や小胞体ストレス応答、血液凝固といった様々な生理機能と関わることが報告されていましたが、全体構造が不明なため、詳しいメカニズムは十分に理解されていませんでした。   学際科学フロンティア研究所の奥村正樹助教（新領域創成研究部）、金村進吾研究員（現 関西学院大学 理工学部 助教）、松﨑元紀研究員（現 徳島大学 先端酵素学研究所 助教）、東北大学 多元物質科学研究所の稲葉謙次教授（生命科学研究科、大学院理学研究科化学専攻 兼任）、徳島大学 先端酵素学研究所の齋尾智英教授、韓国基礎科学支援研究院の李映昊教授、自然科学研究機構 分子科学研究所の秋山修志教授らの研究グループは、X線結晶構造解析およびX線小角散乱（SAXS）を組み合わせることによりP5がユニークな構造モチーフを介して二量体構造をとることを発見しました。 構造情報から二量体を形成できない変異型P5を作製したところ、P5自体の立体構造が不安定化し小胞体ストレスセンサーの制御能が低下しました。加えて、カルシウムによるP5のタンパク質凝集抑制機能（分子シャペロン活性）の制御が低下することも明らかとなりました。これらの結果から、P5が十分に機能を発揮するには二量体構造が重要であることが解明され、本成果は医学的にも重要な知見をもたらします。 本研究成果は、2021年4月14日16時（米国時間）に「Structure」誌のオンライン速報版で公開され、4月21日に本学および各機関よりプレスリリースされました。   論文情報： Masaki Okumura, Shingo Kanemura, Motonori Matsusaki, Misaki Kinoshita, Tomohide Saio, Dai Ito, Chihiro Hirayama, Hiroyuki Kumeta, Mai Watabe, Yuta Amagai, Young-Ho Lee, Shuji Akiyama, and Kenji Inaba, "A unique leucine-valine adhesive motif supports structure and function of protein disulfide isomerase P5 via dimerization", Structure DOI：10.1016/j.str.2021.03.016 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969212621001143   プレスリリース： 東北大学 http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/04/press20210421-01-p5.html

神経毒テトロドトキシンは最も有名な自然毒のひとつで、他に類を見ない複雑な化学構造と強力な毒性を持ちます。海洋のフグや貝、陸棲の両生類であるイモリやカエルに含まれ、世界中に分布する興味深い毒ですが、自然界でどのようにして生産されるか（生合成）は未解明のままです。   東北大学 学際科学フロンティア研究所 新領域創成研究部の工藤雄大 助教、東北大学大学院 農学研究科の山下まり教授は、ユタ州立大学生物学科のCharles T. Hanifin准教授との国際共同研究を行い、テトロドトキシンを含有するイモリから、新規性の高い骨格構造をもつ化合物を２種発見しました。化学的な分析手法により化学構造を解析し、さらに化合物の構造を基に陸上生物におけるテトロドトキシンの生合成経路について推察しました。テトロドトキシンの生合成経路において、特徴的な化学構造を有する化合物群が生産されることを示しました。本成果はアメリカ化学会（ACS）「Organic Letters」誌にて発表し、2021年4月8日付でオンライン版が掲載されました。       論文情報： Yuta Kudo, Charles T. Hanifin, and Mari Yotsu-Yamashita* (*corresponding author),  "Identification of Tricyclic Guanidino Compounds from the Tetrodotoxin-Bearing Newt Taricha granulosa", Organic Letters DOI: 10.1021/acs.orglett.1c00916 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.orglett.1c00916

オンライン開催   　FRIS Hub Meetingは、FRISの研究者全員が参加する研究発表セミナーで、月に一度８月を除く毎月第4木曜日に開催しています。これまで参加者はFRIS内の研究者を対象としていましたが、2019年12月より、対象を東北大学の研究者、学生へと広げました。 また、2021年1月からは学際融合東北拠点のTI-FRIS Hub Meetingと合同で開催しています。   　言語は日本語と英語を混ぜて使用しています。異分野研究者同士では共通の常識や考え方は望めません。聴衆は発表中にどんどん質問し、討論し、理解を深めるようにしています。積極的にご参加ください。   第20回 FRIS Hub Meeting（TI-FRIS Hub Meetingとの合同開催） 日時：2021年4月22日（木）11：00－12：00　 開催方式：オンライン（Zoom） 事前登録が必要になります。参加申し込みフォームよりご登録ください。 発表者： 中安 祐太 助教（学際科学フロンティア研究所／人間・社会） 発表タイトル： 環境工学の分解と再結合（Disassembly and reconnection of environmental engineering）   要旨： CO2の排出量の削減や吸収量の増大のためには、ただ持続可能な技術を導入するだけでなく、二次生態系の保全、社会システム、さらには地域の個別事情が考慮されなければなりません。そこで私は、対象地域の住民と他分野の研究者を含む超学際的なチームとともに、里山管理を実践しながら、その木質資源を、グリーンプロセスを用いて様々な炭素材料に変換し、蓄電や創電に資するエネルギーデバイス材料に応用する研究開発を行っています。さらにそれらを実生活に取り入れるところまでが目標です。本発表では、私がこれまで行ってきたプロジェクトの全容と、現在の課題についてお話をし、専門/非専門に関わらず、誰もが自分事であるという認識の下、幅広い意見をお聞きしたいと考えています。     ◆FRIS Hub Meetingについて

日本列島の周辺は、約5億年前からプレート沈み込み帯と呼ばれる地殻変動が非常に活発な地域で、長期にわたって浅い海に堆積した砂には、過去のマグマ活動が記録されています。東北地方（岩手県・宮城県）の北上山地南部から三陸海岸に至る地域には、雄勝石に代表されるシルル紀から白亜紀前期の浅い海に堆積した砂や泥の地層が広く分布しています。新領域創成研究部のパストルガラン ダニエル助教（兼務 東北アジア研究センター/大学院理学研究科地学専攻）と東北大学東北アジア研究センターの辻森 樹教授（兼務 大学院理学研究科地学専攻）らの国際研究チームは、三陸のさまざまな時代の古い砂岩と現世の砂浜海岸の砂の中の鉱物を調べることで、大きなマグマ活動が過去４億年間に６回（約4.3、3.6、2.7、1.8、1.1億年前、約770万年前）あったことを明らかにしました。約2.7億年前のマグマ活動は特に激しく、既存の地殻が新しく生まれ変わりました。   本研究成果は、2021年4月6日にEarth and Planetary Science Letters誌電子版に論文掲載され、4月7日に本学よりプレスリリースされました。   論文情報： Daniel Pastor-Galán, Christopher J. Spencer, Tan Furukawa, Tatsuki Tsujimori, "Evidence for crustal removal, tectonic erosion and flare ups from the Japanese evolving forearc sediment provenance", Earth and Planetary Science Letters DOI：10.1016/j.epsl.2021.116893 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X21001527   プレスリリース： 東北大学 http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/04/press20210407-02-sanriku.html