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顔写真
生命科学部  /
生命情報学科

 タカハシ   タクヤ   (男)
 高橋    卓也   教授
 Takuya   TAKAHASHI

■兼務所属(本学内)
生命科学研究科
■出身大学院・出身大学他
1985  東京大学  理学部  物理学科  卒業
1991/03  東京大学大学院  理学系研究科  博士課程  修了
■取得学位
理学博士(東京大学) (1991/03 東京大学)  
■職歴
1985/04/01-1986/03/31  シャープ(株)東京研究所・研究員
1991/04/01-1994/01/31  新技術事業団(現・科学技術振興事業団)創造科学技術推進事業・研究員
1994/02/01-1997/08/31  東京大学教養学部(現・大学院総合文化研究科)・助手
1997/09/01-2003/03/31  岡崎国立共同研究機構(現・自然科学研究機構)生理研=>基生研=>分子研=>統合バイオ・助手
2003/04/01-2008/03/31  立命館大学・理工学部・助教授
2008/04/01-2010/03/31  立命館大学・生命科学部・準教授
2010/04/01-  立命館大学・生命科学部・教授
■委員歴
2014/01-2016/01  日本学術振興会  科学研究費助成事業 第1段審査(書面審査)委員 平成27年度
■所属学会
日本生物物理学会  
日本蛋白質科学会  
■研究テーマ
生体分子の立体構造形成についての解明、そして立体構造情報から、いかにして機能が発現されるかを解明している。実験データに基づいた物理化学的理論の構築、データベース解析などの情報論的手法や、各種分子シミュレーション、量子化学計算、さらに連続体モデルを用いた近似計算など、様々な手法を駆使している。
■研究概要
生命構造情報と機能情報を結びつける:DNA配列や蛋白質立体構造などの膨大な観測データに基づき、理論計算的なアプローチを主体にして、生体構造形成や生命機能発現メカニズムを解明する。

 本研究室では、1次構造情報からの立体構造形成についての解明、そして立体構造情報から、いかにして機能が発現されるかを解明している。実験データに基づいた物理化学的理論の構築、データベース解析などの情報論的手法や、各種分子シミュレーション、エネルギー計算技術など、様々な手法を駆使している。以下に主な研究テーマを紹介する。

1)水和ダイナミクスと分子の構造、機能の解明~MDシミュレーション
筋肉は超高性能なモーターであり、常温常圧というマイルドな条件で、人類が作った最高のエンジンを遥かに上回る超高効率で化学エネルギーを運動エネルギーに変換できる。近年、そのエネルギー変換において、分子表面の高速に運動する水分子(HMW: Hyper Mobile Water)の挙動が注目されており、筋肉や有機分子の周囲の誘電測定でその存在が示唆されている。ここでは主にMDシミュレーションを用い、まず水和ダイナミクスの謎を解明することで、そのメカニズムに迫ろうとしている。

2)タンパク質が折れたたみ、構造を形成するメカニズムの解明~MDシミュレーション
最近、天然変性タンパク質の機能と構造に関して最近、研究が進んできており、本研究室では周囲の水に着目し、構造ダイナミクス解析を行っている。
さらにレプリカ交換法などの効率的シミュレーション手法を用いて、タンパク質の構造形成問題などに挑戦している。

3)イオンチャネル分子の機能解明とデザイン~MDシミュレーション
上で示したカリウムチャネルの仲間として、イオンの透過に関して整流作用を示すカリウムチャネル分子(Kir)が見つかっており、その様々な変異体も作られている。そのチャネルでの印加電圧と透過電流の関係が1 分子レベルで測定されており、それを分子シミュレーションによって再現し、アミノ酸置換の効果を定量的に明らかにすることで、そのメカニズムの解明を行う。さらに新しい機能を持ったチャネル分子のデザイン手法の開発を目指す。
4)結晶の構造形成の解明、オルガネラ密集による機能上昇の解明~連続体モデルの応用

溶媒を連続体として近似する誘電体モデルは、巨大な超分子での計算を効率的に行うことができる。この手法を結晶のような巨大な分子複合体の構造形成問題の解明に応用し、様々な結晶での分子間相互作用を計算して成長し易い向きを予測しようとしている。高品質な結晶作成は構造解析においても重要である。
またミトコンドリアなど分子からみて遥かに巨大なオルガネラの化学浸透共役の謎にも挑戦している。密集したミトコンドリアでは、排出されたプロトンの濃度が局所的に高くなり、その結果ATP 合成速度が増大しているらしい。このような「化学浸透共役器官は、密集により仕事の効率が増す」ことを示すため、オルガネラ周囲のイオン濃度を環境条件の変化を取り込んでシミュレーション計算を行う。

5)生命ビッグデータ解析によるタンパク質–薬相互作用の網羅的解析
その他:バイオデータベースからの情報抽出 など
■研究キーワード
構造生物学, 生物物理学、分子科学、計算機科学 
■研究業績一覧  (上位3件までを表示します。一覧表示では、公開対象の全件を表示します。)

著書
生命科学1 生物個体から分子へ  生命科学編集委員会編  コロナ社  83,93  2012/05  978-4-339-06742-2
Practical Estimation of TCR-pMHC Binding Free-Energy Based on the Dielectric Model and the Coarse-Grained Model  Hiromichi Tsurui  InTech ― Open Access Company  107-134  2012/04
"ライフサイエンスと保健衛生", 保健衛生と健康スポーツ科学  稲葉裕、丸山克俊、白石安男、髙橋卓也、松葉剛、助友裕子、、高井茂、元永拓郎、鈴木大地および安松幹展  篠原出版新社  61-70  2006/03
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論文
Effects of number of parallel runs and frequency of bias-strength replacement in generalized ensemble molecular dynamics simulations  Takuya Shimato, Kota Kasahara​​, Junichi Higo and Takuya Takahashi  Peer J. Phys. Chem.  1:e4  2019/10  10.7717/peerj-pchem.4
Effects of ion–water Lennard-Jones potentials on the hydration dynamics around a monovalent atomic ion in molecular dynamics simulations  Kota Kasahara​​, Yuki Takimoto,Ryoi Ashida, Takuya Takahashi  Molecular Simulation  45/ 19, 1572-  2019/10  0892-7022  10.1080/08927022.2019.1675883
Studies on Molecular Dynamics of Intrinsically Disordered Proteins and Their Fuzzy Complexes: A Mini-Review  Kota Kasahara​​, HirokiTerazawa, Takuya Takahashi, and Junichi Higo  Computational and Structural Biotechnology Journal  17, 712-720  2019/07  10.1016/j.csbj.2019.06.009
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研究発表等
バイオインフォマティックアプローチで迫るタンパク質配列の電荷分布とLLPSの関係性の解明  第4回 LLPS研究会  2019/12/09
アミロイドペプチドのオリゴマー形成に関する分子シミュレーション  第4回 LLPS研究会  2019/12/09
転写因子 Med26 における天然変性蛋白質認識メカニズムの分子動力学的検討  日本生物物理学会第57回年会  2019/09/25
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科学研究費助成事業
科学研究費助成事業データベースへのリンク

研究高度化推進制度
研究推進プログラム   科研費獲得推進型     連続体モデルに基づくマクロ生体系システムの計算手法開発:オルガネラへの応用   代表   -   2018/04-2019/03   2018   200,000   
学外研究制度   -     長時間シミュレーション手法の開発と、タンパク質・リガンド相互作用への応用   C   国内   2006/04-2006/09   2006     
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■教育業績一覧  (上位3件までを表示します。一覧表示では、公開対象の全件を表示します)

担当授業科目
2018  生命情報学実験2
2018  生命情報学実験4  実験・実習・実技
2018  生命情報学実験5  実験・実習・実技
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教育活動
立命館守山高校 模擬講義 生命科学部と生命情報  2018/06-2018/06
立命館慶祥高校 模擬講義 生命科学部と生命情報  2018/06-2018/06
学科横断の専門科目「構造生物学」, 「生命物理科学」、「計算機化学」にて、各セメスタの定期試験後に試験成績ならびに回答状況を踏まえた試験講評を作成し、学生に公開した。  2017/09-2018/03
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■研究者からのメッセージ
生命構造情報と機能情報を結びつける:生体分子の立体構造形成についての解明、そして立体構造情報から、いかにして機能が発現されるかを解明している。
  生体は組織、細胞、細胞内小器官などから構成され、生命現象とは、それら生体組織を構成する膨大な生体高分子の多様な働きを通して実現されている。具体的には、生体内の溶液中の酵素は特異的な立体構造にを通して複雑な生体反応を制御する機能を持ち、生体膜中のイオンチャネルは様々なイオンの透過や蓄積をコントロールすることで、脳における情報処理や細胞内情報伝達に関与していいるが、その立体構造を決定する基本情報はDNAに保存されている。近年のDNA配列情報および蛋白質立体構造情報の解析技術の大幅な進歩により、膨大な量の1次構造データと、立体構造データが明らかになってきており、バイオインフォマティクスの急速な発展が期待されている。私の研究室では、この1次構造情報からの立体構造形成についての解明、そして立体構造情報から、いかにして機能が発現されるかを解明するために、シミュレーションや、エネルギー計算などの手法を用いて研究する。具体的には実験データに基づいた物理化学的理論の構築、データベース解析などの情報論的手法や、各種分子シミュレーション、量子化学計算、さらに連続体モデルを用いた近似計算など、様々な手法を駆使している。
■研究分野(ReaD&Researchmap分類)
構造生物化学
生物物理学