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今井清博 教授
生体物理化学研究室 |
金沢市の生まれ。大阪大学基礎工学部電気工学科卒（第１期生）。同大学院基礎工学研究科物理系博士課程修了。“いのち”の神秘に惹かれて生命科学へ転向。大学院生時代に、小谷正雄先生の研究観に惹かれ、J. Wymanのヘモグロビンに関する総説、Monod-Wyman-Changeuxのアロステリックモデルの優雅さにはまり込んで、ヘモグロビンの酸素解離曲線自動記録装置を開発し、当時発見されつつあった異常ヘモグロビンの機能特性の研究を始めた。その後、アメリカのペンシルバニア大学ジョンソン研、イギリスのケンブリッジ大学生化学教室、MRC分子生物学研究所で在外研究。「生命は蛋白質の存在様式である」という有名な言葉の神髄を知るに至る。大阪大学医学部、医学系研究科、生命機能研究科の教員を経て現職。工博・医博。
“ヘム蛋白質の機能多様性と高次機能発現のメカニズムを解く”
蛋白質の研究を通じて生命機能の仕組みを物理や化学の言葉で理解することを目指しています。生物にとって最も主要な物質は核酸と蛋白質ですが、その中で、蛋白質はいわゆる“分子機械”として直接生命機能を担っており、それの研究は生命の仕組みを理解することにつながります。ヒトのDNAの全塩基配列（ゲノム）が決定された現在、それに書き込まれている何万個という遺伝子すなわちそれらに対応する蛋白質の役割の解明が今世紀の課題です。蛋白質の研究は、遺伝子の同定のみでなく、病気の原因と治療法、オーダーメイドの医薬品の開発、再生医学など、広く人類の福祉に貢献します。
本研究室では、ミオグロビンやヘモグロビンなどの鉄を活性中心とするヘム蛋白質を材料として、それらの分光学的性質、生理的機能、リガンド結合特性、構造変化などを研究しています。ヘモグロビンは赤血球の中に含まれていて、肺から末梢組織への酸素の運搬、逆方向の二酸化炭素の運搬、血液の酸・塩基平衡（pHの調節）などの機能を担っている赤い蛋白質です。ミオグロビンは筋肉の中に含まれていて、ヘモグロビンが運んできた酸素を一時的に貯蔵した後、それをミトコンドリアに渡し、グルコースの酸化を促進します。これらの機能は、鉄を含むヘムという原子団の可逆的酸素結合能力に基づいています。ヘモグロビンの酸素結合機能には、酸素解離曲線がＳ字型になり、赤血球内条件（pH、CO2、特定陰イオン、温度など）の影響を受けるなどの特徴があり、それらの高次機能には、適量の酸素を能率良く運搬するという生理的意義があることが知られています。すなわち、ヘモグロビンはインテリジェント機能をもつ、優れた分子機械であると言えます。私たちは、これらの蛋白質の機能発現のメカニズムを中心に、以下のテーマの研究を行っています。
１．動物ミオグロビン、ヘモグロビンの比較生理化学
クジラなどの潜水哺乳類のミオグロビン、ヘモグロビンの機能を陸上動物のそれらと比較して、生息環境との関わりを調べます（他大学との協同）。
２．ミオグロビン、ヘモグロビンの化学修飾
蛋白部分の一部を薬剤で修飾して、それが諸特性に及ぼす効果を調べます。
３．異常ヘモグロビンの機能特性（他大学との協同）
ヒトの異常ヘモグロビン（天然変異ヘモグロビン）の機能特性を調べ、それと病気との関係を明らかにします。
４．組換えヘモグロビンの機能特性（他の研究所との協同）
遺伝子組み換えによって作成した人工のミオグロビン、ヘモグロビンの構造と機能を解析して、祖先型蛋白質の機能の推定を行ったり、機能発現のメカニズムを調べたりします。
５．ゲルやゾルで固定したヘム蛋白質の性質
ヘム蛋白質をシリカゲルに埋め込んだり、ゾルに吸着させたりして、蛋白構造の変化を抑制することの機能に対する効果を明らかにします。
６．ヘモグロビンの誘電緩和現象
ヘモグロビン溶液の誘電率測定を通して、酸素結合と蛋白部分の構造変化との関係を調べます。
７．コンピューターによる実時間データ収集
酸素解離曲線のアナログデータ（酸素分圧と吸光度）をコンピューターで実時間収集するシステムの開発を行います。
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ヘモグロビンは血液の赤血球に含まれていて、肺から末梢組織へ酸素を、逆方向に二酸化炭素を運搬しています。 |
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ヘモグロビン分子の動作メカニズムを表す熱力学ダイアグラム。
高精度の酸素結合曲線の解析から得られます。 |
ゼミ合宿での発表風景（法政大学富士セミナーハウス）
酸素解離曲線自動解析装置、UV分光光度計、円二色性（CD）分光光度計、ラピッドフロー・ラピッドスキャン分光測定装置、電子常磁性共鳴装置
以下の大学や研究機関などと積極的に共同研究を進めています。
１．理化学研究所・城生体金属化学研究室
２．筑波大学化学系
３．大阪大学大学院基礎工学研究科
４．大阪医科大学病態検査学講座
５．新潟大学理学部生物学教室
６．大阪府立母子保健総合医療センター研究所
７．タイ・マヒドン大学サラセミア研究センター
１．Imai, K., Tsuneshige, A. & Yonetani, T.:
“Description of hemoglobin oxygenation under universal solution conditions by a global allostery model with a single adjustable parameter”
Biophys. Chem. 98, 79-91 (2002).z
２．Mohammed Mawjood, A.H., Miyazaki, G., Kaneko, R., Wada, Y. & Imai,K.:
"Site-directed mutagenesis in hemoglobin: test of functional homology of the F9 amino acid residues of hemoglobin a and b chains"
Prot. Engi. 13, 113-120 (2000).
３．Imai, K., Tientadakul, P., Opartkiattikul, N., Luenee, P., Winichagoon, P., Svasti, J. & Fucharoen, S.:
"Detection of haemoglobin variants and inference of their functional properties using complete oxygen dissociation curve measurements"
Brit. J. Haemat. 112, 1-6 (2000).
４．Suzuki, T. & Imai, K.:
"Comparative studies of the indoleamine dioxygenase-like myoglobin from the abalone Sulculus diversicolor"
Comp. Biochem. Physiol. 117B, 599-604 (1997).
５．Imai, K., Fushitani, K., Miyazaki, G., Ishimori, K., Kitagawa, T., Wada, Y., Morimoto, H., Morishima, I., Shih, D. & Tame, J.:
"Site-directed mutagenesis in haemoglobin: Functional role of tyrosine-42(C7)α at the α1-β2 interface”
J. Mol. Biol. 218, 769-778 (1991).
６．Imai, K.:
"Precision determination and Adair scheme analysis of oxygen equilibrium curves of concentrated hemoglobin solution: A strict examination of Adair constant evaluation methods"
Biophys. Chem. 37, 197-210 (1990).
７．Imai, K., Tsuneshige, A., Harano, T. & Harano, K.:
"Structure-function relationships in hemoglobin Kariya, Lys-40(C5)α→Glu, with high oxygen affinity"
J. Biol. Chem. 264, 11174-11180 (1989).
８．Imai, K.:
"Allosteric Effects in Haemoglobin" （289頁の単行本）
Cambridge University Press, Cambridge and London (1982). |
