所員紹介

  1. 遠藤 斗志也 所長
  2. 横山 謙 教授
  3. 津下 英明 教授
  4. 千葉 志信 教授
  5. 潮田 亮 教授
  6. 武田 洋幸 教授
  7. 林 到炫 准教授

遠藤 斗志也（タンパク質動態研究所 所長）

研究内容

真核生物の細胞内には膜で仕切られたオルガネラ構造が発達している。オルガネラは固有のタンパク質群を備え、それらがオルガネラ固有の機能を実現すると共に、細胞内および細胞外環境からの要請に応答することで、細胞レベルの恒常性を維持している。オルガネラを構成するタンパク質が、どのようにオルガネラに移行し、オルガネラ内の適切な区画に仕分けられ、どのように機能構造を獲得し、複合体を形成するのか、これらのプロセスを担うタンパク質複合体の構造機能相関はどのようなものなのか，さらには核ゲノムとミトコンドリアDNAがコードするタンパク質が強調してつくられ働く仕組みはどのようなものかを解明しようとしている。 

主な業績

  1. Endo T, Wiedemann N (2025)
    Mechanisms and pathways of mitochondrial protein transport.　Nat. Rev. Mol. Cell Biol. in press.　
  2. Takeda H, Busto JV, Lindau C, Tsutsumi A, Tomii K, Imai K, Yamamori Y, Hirokawa T, Motono C, Ganesan I, Wenz, L-S, Becker T, Kikkawa M, Pfanner N, Wiedemann N, Endo T (2023)
    A multipoint guidance mechanism for β-barrel folding on the SAM complex. Nat Struct Mol Biol 30, 176-187.
  3. H. Takeda, A. Tsutsumi, T. Nishizawa, C. Lindau, J.V. Busto, L.-S. Wenz, L. Ellenrieder, K. Imai, S.P. Straub, W. Mossmann, J. Qiu, Y. Yamamori, K. Tomii, J. Suzuki, T. Murata, S. Ogasawara, O. Nureki, T. Becker, N. Pfanner, N. Wiedemann, M. Kikkawa, and T. Endo (2021) Mitochondrial sorting and assembly machinery operates by β-barrel switching. Nature 590 (7844), 163-169
  4. Y. Araiso, A. Tsutsumi, J. .Qiu, K. Imai, T. Shiota, J. Song, C. Lindau, L.-S. Wenz, H. Sakaue, K. Yunoki, S. Kawano, J. Suzuki, M. Wischnewski, C. Schütze, H. Ariyama, T. Ando, T. Becker, T. Lithgow, N. Wiedemann, N. Pfanner, M. Kikkawa, and T. Endo (2019)
    Structure of the mitochondrial import gate reveas distinct preprotein paths. Nature 575, 395-401.
  5. Sakaue H, Shiota T, Ishizaka N, Kawano S, Tamura Y, Tan KS, Imai K, Motono C, Hirokawa T, Taki K, Miyata N, Kuge O, Lithgow T, and Endo T. (2019) Porin associates with Tom22 to regulate the mitochondrial protein gate assembly. Mol Cell. 73, 1044-1055.
  6. Kawano S., Tamura Y., Kojima R., Bala S., Asai E., Michel A. H., Kornmann B., Riezman I., Riezman H., Sakae Y., Okamoto Y., and Endo T. (2018)
    Structure-function insights into direct lipid transfer between membranes by Mmm1-Mdm12 of ERMES. J.Cell Biol. 217, 959-974
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横山 謙 教授（生命科学部 先端生命科学科 教授）

研究内容

本研究は「Native state 構造生物学」を軸に、個体から膜タンパク質に至る生命現象を分子レベルで統合的に理解することを目指す。従来の界面活性剤による可溶化プロセスを排し、膜タンパク質を生体膜やオルガネラ内での「その場で働く姿」としてクライオ電子顕微鏡で直接観察する新機軸のアプローチを展開する。具体的には、ミトコンドリアのクリステ形成や細胞死に関わる膜透過性遷移孔の解明、シナプス小胞やリソソームにおける超分子マシナリーの解析を行う。さらに、創薬標的となる輸送体等の生理的環境下での構造決定や、膜電位を付加したリポソーム再構成系による「機能中の動的構造解析」を推進する。既にATP合成中の構造捕捉に成功しており（Science Advances, 2025）、これらを通じて、膜環境という生命のコンテキストの中でタンパク質が駆動する論理を構造の視点から紐解く、次世代の構造生物学を確立する。

主な業績

  1. Structures of respiratory supercomplexes and ATP synthase oligomers in mammalian mitochondrial inner membrane. Atsuki Nakano, Takahiro Masuya, Shinsuke Akisada, Moe Ishikawa-Fukuda, Kaoru Mitsuoka, Hideto Miyoshi, *Masatoshi Murai, *Ken Yokoyama.  (2026) Nature Communications  doi: https://doi.org/10.1038/s41467-026-70578-x
  2. Structures of rotary ATP synthase from Thermus thermophilus during proton powered ATP
    synthesis     Nakano A, Kishikawa J,  Nishida Y, Sugawara K, Kan Y, Gerle C, Shigematsu H, Mitsuoka K, and *Yokoyama K.  Science Advances  (2025)                      doi: 10.1126/sciadv.adx8771. Epub 2025 Oct 17.
  3. ADP-inhibited structure of non-catalytic site-depleted FoF1-ATPase from thermophilic Bacillus sp. PS-3. Kobayashi R., Nakano A., Mitsuoka K., and *Yokoyama K. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics (2025) DOI: 10.1016/j.bbabio.2025.149536
  4. Cryo-EM structure of the human Pannexin-3 channel. Tsuyama T., Teramura R., Kishikawa J., Mitsuoka K. *Yokoyama K. Biochemical and Biophysical Research Communications 745 (2025) doi.org/10.1016/j.bbrc.2024.151227
  5. Rotary mechanism of the prokaryotic Vo motor driven by proton motive force Jun-ichi Kishikawa, Yui Nishida, Atsuki Nakano, Takayuki Kato, Kaoru Mitsuoka *Kei-ichi Okazaki and *Ken Yokoyama. Nature Communications, 15:9883 (2024)
  6. Human F-ATP synthase as a drug target. Gerle C, Jiko C, Nakano A, Yokoyama K, Gopalasingam CC, Shigematsu H, Abe K. Pharmacol Res. doi: 10.1016/j.phrs.2024.107423 (2024)
  7. Mechanism of ATP hydrolysis dependent rotation of bacterial ATP synthase. Nakano A, Kishikawa J, Mitsuoka K, *Yokoyama K.  Nature Communications, 14 Article number: 4090 (2023).
  8. Rotary mechanism of V/A-ATPases--how is ATP hydrolysis converted into a mechanical step rotation in rotary ATPases? *Yokoyama K. Frontiers in Molecular Biosciences-Structural Biology Vol .10 (2023)
  9. Cryo-EM analysis of V/A-ATPase intermediates reveals the transition of the ground-state structure to steady-state structures by sequential ATP binding. Nakanishi, A., Kishikawa, J.I., Mitsuoka, K., *Yokoyama, K. J Biol Chem 299: 102884-102884 (2023)
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津下 英明（生命科学部 先端生命科学科 教授）

研究内容

細菌は様々なタンパク毒素を用いて宿主細胞を攻撃する。毒素タンパク質の動態と機能を理解することは細菌感染症の阻害剤創薬の基礎となる。我々の研究室では、X線結晶構造解析を中心の手段として用いて、細菌感染症因子タンパク質の動態と機能の解明を目的として研究を進めている。二成分毒素はADPリボシル化酵素と膜に結合し多量体化して、酵素成分を細胞内に透過する膜結合成分からなる。すでに研究を進めているADPリボシル化酵素と宿主タンパク質との相互作用研究に加えて、酵素の膜結合成分を介した膜透過メカニズムを明らかにする。 

主な業績

  1. Yoshida T. and Tsuge H. (2018)
    Substrate N2 atom recognition mechanism in pierisin family DNA-targeting, guanine-specific ADP-ribosyltransferase ScARP.
    J Biol Chem. 293(36):13768-774.
  2. Tsuge H., Yoshida T. and Tsurumura T. (2015)
    Conformational plasticity is crucial for C3-RhoA complex formation by ARTT-loop.
    Pathog Dis. 73(9)
  3. Toda A., Tsurumura T., Yoshida T., Tsumori Y. and Tsuge H. (2015)
    Rho GTPase Recognition by C3 Exoenzyme Based on C3-RhoA Complex
    Structure. J Biol Chem. 290(32):19423-32.
  4. Kobayashi H, Yoshida T, Miyakawa T, Tashiro M, Okamoto K, Yamanaka H, Tanokura M,　Tsuge H.　(2015)　
    Structural Basis for Action of the External Chaperone for a Propeptide-deficient Serine Protease from Aeromonas sobria.
    J Biol Chem. 24; 290(17):11130-43.
  5. Tsuge H. and Tsurumura T. (2015)
    Reaction Mechanism of Mono-ADP-Ribosyltransferase Based onStructures of the Complex of Enzyme and Substrate Protein.
    Curr Top Microbiol Immunol. 384:69-87.
  6. Tsurumura T., Qiu H.,Tsumori Y., Oda M., Nagahama M., Sakurai J. and Tsuge H. (2013)
    Arginine ADP-ribosylation mechanism based on structural snapshots of iota-toxin and actin complex.
    Proc Natl Acad Sci U.S.A. 110(11):4267-4272.
  7. Tsuge H., Nagahama M., Oda M., Iwamoto S., Utsunomiya H., Marquez VE., Katunuma N., Nishizawa M. and Sakurai J. (2008)
    Structural basis of actin recognition and arginine ADP-ribosylation by Clostridium perfringens iota toxin.
    Proc Natl Acad Sci U S A. 105(21):7399-404.
  8. Tsuge H, Nagahama M, Nishimura H, Hisatsune J, Sakaguchi Y, Itogawa Y, Katunuma N, Sakurai J. (2003)
    Crystal structure and site-directed mutagenesis of enzymatic components from Clostridium perfringens iota-toxin.
    J Mol Biol. 325(3):471-83.
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千葉 志信（生命科学部 先端生命科学科 教授）

研究内容

細胞の機能を担う実働部隊であるタンパク質は、細胞内では、リボソームと呼ばれるタンパク質合成工場で、遺伝情報をもとに合成される。タンパク質の合成は非常にダイナミックな過程であるが、合成途上の新生タンパク質の動的挙動が、おのおののタンパク質の成熟や局在化などの運命決定に関わることが分かりつつある。また、合成途上の新生タンパク質が主役を演じる細胞機能調節のメカニズムがいくつも見出されつつある。このような背景を受け、新生タンパク質の動態と、新生タンパク質の成熟や局在化、生理機能との関わりを解明する。

主な業績

  1. Fujiwara, K.#, Tsuji, N., Yoshida, M., Takada, H., Chiba, S.# (2024)
    Patchy and widespread distribution of bacterial translation arrest peptides associated with the protein localization machinery.
    Nat Commun.15, 2711. (# corresponding authors)
  2. Gersteuer, F.*, Morici, M.*, Gabrielli, S., Fujiwara, K., Safdari, H. A., Paternoga, H., Bock, L. V., Chiba, S., Wilson, D. N. (2024)
    The SecM arrest peptide traps a pre-peptide bond formation state of the ribosome.
    Nat Commun. 15, 2431. (* contributed equally)
  3. Morici, M., Gabrielli, S., Fujiwara, K., Paternoga, H., Beckert, B., Bock, L. V., Chiba, S.#, Wilson, D. N.# (2024)
    RAPP-containing arrest peptides induce translational stalling by short circuiting the ribosomal peptidyltransferase activity.
    Nat Commun. 15, 2432. (# corresponding authors)
  4. Sakiyama, K., Shimokawa-Chiba, N., Fujiwara, K., Chiba, S. (2021)
    Search for translation arrest peptides encoded upstream of genes for components of protein localization pathways.
    Nucleic Acids Res. 49, 1550-1566.
  5. Fujiwara, K., Katagi, Y., Ito, K. and Chiba, S. (2020)
    Proteome-wide Capture of Co-translational Protein Dynamics in Bacillus subtilis Using TnDR, a Transposable Protein-Dynamics Reporter.
    Cell Rep. 33, 108250.
  6. Chiba, S. and Ito, K. (2012)
    Multisite ribosomal stalling: A unique mode of regulatory nascent chain action revealed for MifM.
    Mol. Cell 47, 863-872.
  7. Chiba, S., Kanamori, T., Ueda, T., Akiyama, Y., Pogliano, K. and Ito, K. (2011)
    Recruitment of a species-specific translational arrest module to monitor different cellular processes.
    Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 108, 6073-6078.
  8. Chiba, S., Lamsa, A. and Pogliano, K. (2009)
    A ribosome-nascent chain sensor of membrane protein biogenesis in Bacillus subtilis.
    EMBO J. 18, 3461-3475.
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潮田 亮（生命科学部 先端生命科学科 教授）　　　　　　　　　

新生ポリペプチド鎖は、分子シャペロンや酸化異性化酵素など種々の因子により、正しい立体構造を獲得し、タンパク質としての機能を発揮する。しかし、細胞内では必ずしもタンパク質が正しい立体構造を獲得できる訳ではない。これら異常タンパク質の蓄積は、細胞内恒常性の破綻に繋がり、アルツハイマー病に代表される神経変性疾患や糖尿病、癌など様々な重篤な病態を惹起する。これら異常タンパク質に対するタンパク質品質管理・ストレス応答の分子機構を明らかにし、細胞内プロテオスタシスの解明を目指す。 

主な業績

  1. Inoue, M., Sakuta, N., Watanabe, S., Zhang, Y., Yoshikaie, K., Tanaka, Y., Ushioda, R., Kato, Y., Takagi, J., Tsukazaki, T., Nagata, K., and Inaba, K. (2019) Structural Basis of Sarco/Endoplasmic Reticulum Ca 2+ -ATPase 2b Regulation via Transmembrane Helix Interplay. Cell Rep. 10.1016/j.celrep.2019.03.106
  2. Ushioda, R., and Nagata, K. (2019) Redox-mediated regulatory mechanisms of endoplasmic reticulum homeostasis. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 10.1101/cshperspect.a033910
  3. Maegawa, K., Watanabe, S., Noi, K., Okumura, M., Amagai, Y., Inoue, M., Ushioda, R., Nagata, K., Ogura, T., and Inaba, K. (2017) The Highly Dynamic Nature of ERdj5 Is Key to Efficient Elimination of Aberrant Protein Oligomers through ER-Associated Degradation. Structure. 25, 846-857.e4
  4. Ushioda, R., Miyamoto, A., Inoue, M., Watanabe, S., Okumura, M., Maegawa, K., Uegaki, K., Fujii, S., Fukuda, Y., Umitsu, M., Takagi, J., Inaba, K., Mikoshiba, K., and Nagata, K. (2016) Redox-assisted regulation of Ca2+ homeostasis in the endoplasmic reticulum by disulfide reductase ERdj5. Proc. Natl. Acad. Sci. 113, E6055-E6063
  5. Kawasaki, K., Ushioda, R., Ito, S., Ikeda, K., Masago, Y., and Nagata, K. (2015) Deletion of the collagen-specific molecular chaperone Hsp47 causes endoplasmic reticulum stress-mediated apoptosis of hepatic stellate cells. J. Biol. Chem. 290, 3639-46
  6. Ushioda, R., Hoseki, J., and Nagata, K. (2013) Glycosylation-independent ERAD pathway serves as a backup system under ER stress. Mol. Biol. Cell. 24, 3155-3163
  7. Ushioda, R., and Nagata, K. (2011) The Endoplasmic Reticulum-Associated Degradation and Disulfide Reductase ERdj5. Methods Enzymol. 490, 235-258
  8. Hagiwara, M., Maegawa, K., Suzuki, M., Ushioda, R., Araki, K., Matsumoto, Y., Hoseki, J., Nagata, K., and Inaba, K. (2011) Structural Basis of an ERAD Pathway Mediated by the ER-Resident Protein Disulfide Reductase ERdj5. Mol. Cell. 41, 432-444
  9. Ushioda, R., Hoseki, J., Araki, K., Jansen, G., Thomas, D. Y., and Nagata, K. (2008) ERdj5 is required as a disulfide reductase for degradation of misfolded proteins in the ER. Science. 321, 569-72
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武田 洋幸（生命科学部 先端生命科学科 教授）

動物の発生は、発生ステージ特異的に特定の遺伝子群がゲノムより転写・翻訳されたタンパク質の複雑な相互作用によって制御されている。我々は、小型魚類（ゼブラフィッシュとメダカ）胚をモデルとし、発生遺伝学的・ゲノム科学的アプローチと最新のイメージング技術を駆使して、脊椎動物初期胚において体軸形成、器官形成に必須な分泌タンパク質の細胞外空間での拡散動態と活性制御機構をin vivo で明らかにする。また、発生重要遺伝子の転写制御や硬組織の発生メカニズムの研究も行っている。

主な業績

  1. Fukushima HS*, Takeda H*. (2025)
    Coordinated action of multiple active histone modifications shapes the zygotic genome activation in teleost embryos. Nat Commun. 2025 Jun 16;16(1):5222. doi: 10.1038/s41467-025-60246-x.
  2. Fukushima HS, Ikeda T, Ikeda S, and Takeda H*. (2024)
    Cell cycle length governs heterochromatin reprogramming during early development in non-mammalian vertebrates. EMBO Rep. 2024 Aug;25(8):3300-3323. (cover picture)
  3. Fukushima HS, Takeda H*, and Nakamura R*. (2023)
    Incomplete erasure of histone marks during epigenetic reprogramming in medaka early development. Genome Res. Apr;33(4):572-586. (cover picture)
  4. Heilig AK, Nakamura R, Shimada A, Hashimoto Y, Nakamura Y, Wittbrodt J, and Takeda H*, Kawanishi T*. (2022)
    Wnt11 acts on dermomyotome cells to guide epaxial myotome morphogenesis. Elife May 6;11:e71845.
  5. Nakamura, R, Motai, Y, Kumagai, M, Wike, CL, Nishiyama, H, Nakatani, Y, Durand, NC, Kondo, K, Kondo, T, Tsukahara, T, Shimada, A, Cairns, BR, Aiden, EL, Morishita, S, and Takeda., H*. (2021).
    CTCF looping is established during gastrulation in medaka embryos. Genome Res. 31(6):968-980.
  6. Abe K. Shimada S. Tayama S, Nishikawa S, Kaneko T, Tsuda S, Karaiwa A, Matsui T, Ishitani T, and Takeda, H*/ Horizontal boundary cells, a special group of dermomyotomal cells, play crucial roles in the formation of dorsoventral compartments in teleost somite. (2019). Cell Rep. 27, 928-939.
  7. Inoue Y, Saga T, Aikawa T, Kumagai M, Shimada A, Kawaguchi Y, Naruse K, Morishita S, Koga A, and Takeda., H.* (2017)
    Complete fusion of a transposon and herpesvirus created the Teratorn mobile element in medaka fish. Nature Commun. 8, 551.
  8. Shimada, A., Kawanishi, T., Kaneko, T., Yoshihara, H., Yano, T., Inohaya, K.. Kinoshita, M, Kamei, Y, Tamura, K, and Takeda, H*. (2013)
    Trunk exoskeleton in teleosts is mesodermal in origin. Nat Commun. 4, 1639.
  9. Omran H*, Kobayashi D, Olbrich H, Tsukahara T, Loges NT, Hagiwara H, Zhang Q, Leblond G, O'Toole E, Hara C, Mizuno H, Kawano H, Fliegauf M, Yagi T, Koshida S, Miyawaki A, Zentgraf H, Seithe H, Reinhardt R, Watanabe Y, Kamiya R, Mitchell DR*, and Takeda, H*. (2008)
    Ktu/PF13 is required for cytoplasmic pre-assembly of axonemal dyneins. Nature 456, 611-6.
  10. Horikawa, K*, Ishimatsu, K, Yoshimoto, E, Kondo, S, Takeda, H.* (2006)
    Noise-resistant and synchronized oscillation of the segmentation clock. Nature 441, 719-23. (2006).
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林 到炫（生命科学部 先端生命科学科 准教授）

研究内容

GPCR（Gタンパク質共役受容体）は、神経伝達など多様な生理機能を担い、細胞外刺激を細胞内シグナルへ変換する膜タンパク質である。リガンド結合により構造変化を起こし、Gタンパク質やβアレスチンと相互作用して複数のシグナル経路を活性化する。さらに、リガンド依存的に特定経路が選択される「バイアスドシグナル」は、副作用の少ない創薬における重要な鍵となる。本研究では、クライオ電子顕微鏡を用いてGPCR複合体の構造とダイナミクスを解明し、シナプス内での分子配置と相互作用を統合的に解析する。これにより、シグナル選択性や薬剤作用機構の分子基盤を明らかにし、高選択的医薬品設計と精神・神経疾患の新規治療戦略の創出に貢献する。

主な業績

  1. M Yamauchi, D Im*, S Maeda, T Ikuta, M Toyomoto, H Asada, Y Sugita, J Kishikawa, T Noda, T Kato, A Inoue, S Iwata*, and M Hagiwara* Structural insights into the G protein subtype selectivity revealed by human Sphingosine-1-Phospate Receptor 3-Gq complexes. Proc Natl Acad Sci USA. 2025, 122(47):e2507421122. *Corresponding author
  2. Y Nam, D Im, A.S.C. Garcia, ML. Tringides, H.M. Nguyen, Y Liu, R Orfali, A Ramanishka, G Pintilie, C Su, M. Cui, D.E. Logothetis, E.W. Yu, H. Wulff, K.G. Chandy, M. Zhang*. Cryo-EM structures of the small-conductance Ca2+-activated KCa2.2 channel. Nature Commun. 2025, 16(1):3690.
  3. Y Shiimura*#, D Im#, R Tany, H Asada, R Kise, E Kurumiya, HW Masuho, S Yasuda, K Matsui, J Kishikawa, T Kato, T Murata, M Kojima, S Iwata*, I Masuho*. The structure and function of the ghrelin receptor coding for drug actions. Nat Struct Mol Biol. 2025, 32(3):531-542. #Equally contributed
  4. D Im#*, M Jormakka#, N Juge#, J Kishikawa, T Kato, Y Sugita, T Noda, T Uemura, Y Shiimura, T Miyaji, H Asada, S Iwata*. Neurotransmitter Recognition by Human Vesicular Monoamine Transporter 2. Nature Commun. 2024, 15(1):7661. #Equally contributed, *Corresponding author
  5. D Im#, J Kishikawa#, Y Shiimura, H Hisano, A Ito, YF Fujiharu, Y Sugita, T Noda, T Kato*, H Asada*, S Iwata*. Structural Insights into the Agonists Binding and Receptor Selectivity of Human Histamine H4 Receptor. Nature Commun. 2023, 14(1):6538.  #Equally contributed
  6. H Asada*, D Im, Y Hotta, S Yasuda, T Murata, R Suno, S Iwata*. Molecular basis for anti-insomnia drug design from structure of lemborexant-bound orexin 2 receptor. Structure. 2022, 30(12):1582-1589.
  7. D Im, A Inoue, T Fujiwara, T Nakane, Y Yamanaka, T Uemura, C Mori, Y Shiimura, KT Kimura, H Asada, N Nomura, T Tanaka, A Yamashita, E Nango, K Tono, FMN Kadji, J Aoki, S Iwata*, T Shimamura*.Structure of the dopamine D2 receptor in complex with the antipsychotic drug spiperone. Nature Commun. 2020,11(1):644.
  8. D Im, D Matsui, T Arakawa, K Isobe, Y Asano, S Fushinobu*. Ligand complex structures of l-amino acid oxidase/monooxygenase from Pseudomonas sp. AIU 813 and its conformational change. FEBS Open Bio. 2018, 8(3):314-324.
  9. D Matsui#, D Im#, A Sugawara, Y Fukuta, S Fushinobu, K Isobe, Y Asano*. Mutational and crystallographic analysis of l-amino acid oxidase/monooxygenase from Pseudomonas sp. AIU 813: Interconversion between oxidase and monooxygenase activities. FEBS Open Bio. 2014,4(1):220-228. #Equally contributed
  10. D Im, K Kimura, F Hayasaka, T Tanaka, M Noguchi, A Kobayashi, S Shoda, K Miyazaki, T Wakagi, S Fushinobu*. Crystal structures of glycoside hydrolase family 51 α-L-arabinofuranosidase from Thermotoga maritima. Biosci Biotechnol Biochem. 2012;76(2):423-238.
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