理論と実験の協力により、柔らかいダイナミックな構造変化を伴いながら高い機能を発揮する、ソフトマシンとしてのタンパク質の動作原理を探ります。アロステリック転移を記述する粗視化動力学モデル、複数の緩和時間を測るマルチスケールのNMR 測定、網羅的変異解析など、革新的な手法を総合して、タンパク質の構造変化を支配する自由エネルギーランドスケープ（動的ランドスケープ）を解析し、大きな揺らぎのなかで動的ランドスケープが構造変化をガイドして、タンパク質の機能をコントロールする機構を解明することが目標です。とりわけ、酵素反応とリガンド結合の問題に注目して、タンパク質の運動と機能に関する新しい視点を獲得すると伴に、構造揺らぎを設計して機能を制御する、新しいタンパク質工学技術の開拓をめざします。

ピコ秒からミリ秒に及ぶ構造変化ダイナミクスを解析するため、分子動力学、構造インフォマティクスの方法に加え、アロステリック構造転移を記述するカメレオンモデル理論を開発します。マルチタイムスケールのNMR 緩和測定、反応の熱力学的・速度論的測定、および網羅的なアミノ酸置換変異解析などの方法を開発し、とくに、μs からms の時間領域をカバーする画期的手法であるNMR R2 緩和分散を発展させます。これらの理論・実験的方法を組み合わせることにより、動的ランドスケープにガイドされる運動によって、酵素反応、リガンド結合におけるタンパク質の機能が制御される仕組みを明らかにします。動的ランドスケープの概念と方法を用いて、触媒活性を制御するタンパク質の揺らぎ設計技術を開発します。

N. Tokuda and M. Sasai, Heterogeneous spatial distribution of transcriptional activity in budding yeast nuclei, Biophysical Journal 112: 491-504 (2017).

M.Sasai, G. Chikenji, and T. P. Terada, Cooperativity and modularity in protein folding, Biophysics and Physicobiology 13: 281-293 (2016).

T. Okuno, K. Kato, S. Minami, T. P. Terada, M. Sasai, and G. Chikenji, Importance of consensus region of multiple-ligand templates in a virtual screening method, Biophysics and Physicobiology 13: 149-156 (2016).

新井宗仁、林勇樹、工藤恒, ラン藻由来アルカン合成関連酵素の高活性化と軽油生産性の向上, 月刊ファインケミカル 46: 19-25 (2017).

日原由香子、朝山宗彦、蘆田弘樹、天尾豊、新井宗仁、粟井光一郎、 得平茂樹、小山内崇、鞆達也、成川礼、蓮沼誠久、増川一, 多彩な戦略で挑むシアノバクテリア由来の燃料生産 ― 持続可能な第三世代バイオ燃料生 産の最前線, 化学と生物 55: 88-97 (2017).

H. Kudo, R. Nawa, Y. Hayashi, and M. Arai, Comparison of aldehyde-producing activities of cyanobacterial acyl-(acyl carrier protein) reductases, Biotechnology for Biofuels 9: 234 (2016).

阿部真也、水野敦、笹井理生、寺田 智樹, カメレオンモデルを用いたNtrCの構造転移機構についての研究, 平成28年度生物物理学会中部支部講演会, Mar 6 (2017).

M. Sasai, The 3D Genome Architecture and Transcriptional Regulation, Gordon Research Conference on Stochastic Physics in Biologyk, Jan 8-13 (2017).

M. Sasai, Dynamical energy landscape perspective of protein functioning, 2nd Polish-Korean Conference in Gdansk, May 28-June 1 (2016).

千見寺浄慈, タンパク質構造を利用したバーチャルスクリーニングとその周辺, 第5回生命医薬情報学連合大, Sep 29-Oct 1 (2016).

S. Abe, A. Mizuno, M. Sasai, and T. P. Terada, Mechanism of conformational transition of NtrC studied by using chameleon model, 第54回日本生物物理学会年会, Nov 25- 27 (2016).

工藤恒、名和良太、榛葉啓悟、林勇樹、新井宗仁, ラン藻由来アルカン合成関連酵素の機能解析, 日本生物物理学会関東支部 第6回支部会, Mar 13 (2017).

H. Kudo, R. Nawa, Y. Hayashi, and M. Arai, Structural and functional analysis of a cyanobacterial enzyme for alkane biosynthesis, 第54回日本生物物理学会年会, Nov 25- 27 (2016).

Y. Suematsu, Y. O. Kamatari, Y. Hayashi, and M. Arai, Structural dynamics of a cyanobacterial alkane synthase studied by NMR and molecular dynamics simulations, 第54回日本生物物理学会年会, Nov 25- 27 (2016).

T. Nobe, Y. Hayashi, and M. Arai, NMR analysis of structural fluctuation of a highly active mutant of Escherichia coli dihydrofolate reductase, 第54回日本生物物理学会年会, Nov 25- 27 (2016).

S. Suetaka, Y. Oka, Y. Hayashi, and M. Arai, Rational design of a peptide inhibitor of the c-Myb-KIX interaction, 第54回日本生物物理学会年会, Nov 25- 27 (2016).

K. Shimba, F. Yasugi, Y. Hayashi, M. Arai, Alanine scanning mutagenesis of a cyanobacterial alkane synthase, 第54回日本生物物理学会年会, Nov 25- 27 (2016).

M. Nomura, H. Kudo, Y. Hayashi, and M. Arai, Alanine scanning mutagenesis reveals functional roles of conserved residues in an enzyme for alkane biosynthesis, 第54回日本生物物理学会年会, Nov 25- 27 (2016).

M. Chang, K. Shinba, Y. Hayashi, and M. Arai, Search for the binding sites between two enzymes essential for cyanobacterial alkane biosynthesis, 第54回日本生物物理学会年会, Nov 25- 27 (2016).

工藤恒、名和良太、林勇樹、渡辺麻衣、池内昌彦、新井宗仁, ラン藻由来アルカン合成関連酵素を利用したバイオエネルギー生産, 酵素工学研究会第76回講演会, Oct 7 (2016).

張マリ、榛葉啓悟、林勇樹、新井宗仁, ラン藻でのアルカン合成に必要な2つの酵素間の結合部位の探索, 第16回日本蛋白質科学会年会, June 7 - 9 (2016).

末松佑麿、鎌足雄司、林勇樹、新井宗仁, アルカン合成酵素ADのNMRと分子動力学シミュレーションによるダイナミクス解析, 第16回日本蛋白質科学会年会, June 7 - 9 (2016).

工藤恒、名和良太、林勇樹、新井宗仁, ラン藻由来アルカン合成関連酵素の構造機能解析, 第16回日本蛋白質科学会年会, June 7 - 9 (2016).

工藤恒、名和良太、林勇樹、渡辺麻衣、池内昌彦、新井宗仁, ラン藻由来アルカン合成関連酵素の構造機能解析とバイオエネルギー生産への応用, 第16回 東京大学生命科学シンポジウム, Apr 23 (2016).

南慎太朗, 千見寺浄慈，タンパク質における配列順序非保存な構造類似性, 生物物理, 56: 27-29 (2016)

寺田智樹，アクトミオシンの粗視化モデル解析：モーター機能におけるループの柔らかさの重要性, 生物物理, 55:148-150(2015)

T. Inanami, T. P. Terada, and M. Sasai, Folding pathway of a multidomain protein depends on its topology of domain connectivity, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 111: 15969-15974 (2014).

Q.-M. Nie, M. Sasai, and T. P. Terada, Conformational flexibility of loops of myosin enhances global bias in the actin-myosin interaction landscape, Phys. Chem. Chem. Phys., 16: 6441-6447 (2014).

Q.-M. Nie, A. Togashi, T. N. Sasaki, M. Takano, M. Sasai, and T. P. Terada , Coupling of lever arm swing and biased Brownian motion in actomyosin, PLoS Comp. Biol., 10: e1003552 (2014).

T. P. Terada, T. Kimura, and M. Sasai, Entropic mechanism of allosteric communication in conformational transitions of dihydrofolate reductase, J. Phys. Chem. B, 117: 12864-12877 (2013).