1． 構造神経科学　Structural Neuroscience

中枢シナプス形成を誘導する膜受容体複合体（シナプスオーガナイザー）と下流シグナル複合体の立体構造解析と機能解析によって、シナプス形成を誘導する分子メカニズムを原子の解像度で明らかにする研究を行っています。さらに、シグナル伝達を調節するペプチドや低分子化合物の探索と疾患モデルマウスの行動への影響を解析することで神経発達障害への創薬標的を提示する共同研究を進めています。また、神経細胞が機能する上で重要な膜タンパク質や脂質の細胞内輸送に関わるタンパク質複合体の立体構造解析と機能解析も行っています。

シナプスオーガナイザー

原子レベルから個体レベルまでの解析によってシナプス形成の仕組みを理解する

Yoshida et al., Nat. Commun. (2021)より引用

2． ユビキチンシグナリング　Ubiquitin Signaling

ユビキチンは76アミノ酸残基からなる小さなタンパク質で、プロテアソームによるタンパク質分解シグナルとしての機能が有名ですが、タンパク質分解以外にも様々な細胞機能の制御シグナルとしてはたらくことが近年の研究により明らかになっています。ユビキチンは自身のリジン残基またはN末端のメチオニン残基（M1）とC末端のグリシン残基（G76）がイソペプチド結合あるいはペプチド結合を介してつながることでユビキチン鎖を形成しますが、48番目のリジン(K48)を介してつながったユビキチン鎖がプロテアソームによる分解シグナルとしてはたらくのに対して、M1やK6、K63を介してつながったユビキチン鎖（M1鎖、K6鎖、K63鎖）はプロテアソームに依存しないシグナルとしてもはたらきます．私たちは、M1鎖やK63鎖が重要な役割を担っているDNA損傷応答や炎症シグナル、K6鎖やリン酸化ユビキチンの役割が注されているミトコンドリア品質管理を中心として、そのシグナル制御メカニズムを立体構造解析と機能解析により明らかにしています。DNA損傷や炎症は細胞のがん化に、また、ミトコンドリア品質管理は神経変性疾患の一つであるパーキンソン病に非常に密接に関わっており、得られた知見をもとに創薬基盤の提示を行っています。

ユビキチンコード

分子シグナルの仕組みを理解して細胞機能を制御する

3． 超高分解能解析　Ultrahigh resolution analysis

化学的に精密な理解を要する生体内エネルギー変換や電子伝達などを対象とした研究では、1 Åを超える超高分解能の解析によって微細な電子状態の変化を捉える必要があります。そのために必要な試料調製、結晶化、測定や解析の手法を開発しています。

タンパク質中で特異的に実現される電子構造とその機能的役割の実験的解明

研究に関する日本語の総説
シナプス形成

  1. 深井　周也　「シナプス接着分子群の構造基盤の最前線」生化学, 92巻, 166-178 (2020)
  2. 深井　周也　「細胞間コミュニケーションのトランススケールな理解─シナプス形成を例に」 実験医学増刊 38巻, 144-150 (2020)
  3. 深井　周也　山形　敦史　「中枢シナプス形成を誘導するシナプスオーガナイザー複合体の構造基盤」 生化学, 88巻, 391-396 (2016)
  4. 山形　敦史　深井　周也　「神経細胞間シナプス形成とその調節メカニズム」 日本結晶学会誌, 57巻, 304-309 (2015)
  5. 深井　周也　植村　健　吉田　知之　「シナプス形成を誘導する膜受容体の機能と構造」 実験医学, 32巻, 92-97 (2014)
　　　　　　

ユビキチンシグナル

  1. 尾勝　圭　松田　憲之　「ミトコンドリア分解におけるリン酸化ユビキチンシグナル」 実験医学, 33巻, 31-37 (2015)
  2. 尾勝　圭　松田　憲之　「Parkin ユビキチンリガーゼとミトコンドリアの品質管理」 医学のあゆみ, 243巻, 530-534 (2012)
  3. 佐藤　裕介　深井　周也　「ポリユビキチン鎖選択的結合による細胞機能制御」 生化学, 84巻, 776-780 (2012)
  4. 深井　周也　「K63鎖による細胞機能制御機構」 細胞工学, 29巻（12号）, 1231-1236 (2010)
  5. 佐藤　裕介　深井　周也　「ユビキチン鎖の認識と選択的切断メカニズムの構造的理解」 日本結晶学会誌, 52巻 (2010)
  6. 佐藤　裕介　深井　周也　「Lys63結合型ポリユビキチン鎖の選択的切断メカニズム」 生体の科学，60巻 (2009)
  7. 深井　周也　「K63結合型選択的な脱ユビキチン化機構」 生化学, 81巻, 815-819 (2009)
  8. 深井　周也　佐藤　裕介　吉川　梓　「Lys63結合型ポリユビキチン鎖の選択的切断の構造的基盤」 実験医学 ２月号 (2009)

超高分解能解析

  1. 竹田　一旗　三木邦夫 「放射光X線によるタンパク質の超高分解能電荷密度解析」 日本放射光学会誌, 30巻, 187-193 (2017)
  2. 竹田　一旗　平野 優　三木邦夫 「高電位鉄イオウタンパク質 HiPIP の 超高分解能結晶構造と電荷密度解析」 日本結晶学会誌, 58巻, 267-272 (2016)
  3. 竹田　一旗　平野 優　三木邦夫 「タンパク質における超高分解能X線結晶構造解析」 日本結晶学会誌, 28巻, 14-18 (2010)