水上 卓 (MIZUKAMI, Taku)助教
マテリアルサイエンス, 共創インテリジェンス研究領域
◆学位
京都大学理学士 (1989),京都大学理学修士 (1991),京都大学博士(理学)(1994)
◆専門分野
その他
◆研究キーワード
タンパク質,水,分子シミュレーション,データマイニング
◆研究課題
分光学的手法を用いた光受容蛋白質の分子内情報伝達機構の解明
生物の目にはロドプシンなどの光受容蛋白質が存在し、それが一光子を吸収することにより細胞全体の電気的興奮が引き起こされる。光子が光受容蛋白質に作用し酵素機能を発現させるまでの過程は、分子内での極めて高効率・高選択的な連続した反応から成り立っていることが分かってきた。この一光子の情報が蛋白質分子内で伝達してゆく機構を更に解明するために、生化学的手法およびフェムト秒からミリ秒の時間領域における分光学的手法を用いた研究を行う。
情報論的アプローチによる蛋白質ダイナミクス測定法の開発
生体で機能を示す蛋白質は、水素結合などの弱い相互作用で安定化されているが、それは特定の立体構造をもつと同時に、容易に揺らぐ「柔らかさ」の性質をあわせもつ。このような分子が示す反応は、非常に複雑な様相を含み、インテリジェントな分子と呼ぶことができる。大量の分光データに情報論的操作をおこなうことによって、データに隠された中間状態やその分布、動力学的性質を抽出し、蛋白質の反応原理を解明する。
光受容蛋白質をモデルとした分子材料の設計・開発
ロドプシンの発色団レチナールを包接した有機材料を設計・合成し、その光反応における基質特異性を調べる。これにより、光受容蛋白質の反応機構の解釈を行うとともに、新たな機能を持つ材料の開発を目指す。


分子シミュレーション法とデータマイニング法の融合によるタンパク質機能発現メカニズム の解析
タンパク質をN個の原子単位による力学系として捕らえると,その分子運動や機能発現過 程は3(N-1)次元空間の時系列データとなる.通常の蛋白ではN>10^3であり,データ量は膨 大である.このデータ解析に,主成分解析(PCA)やサポートベクターマシン(SVM)などの データマイニング手法を用い,効率的かつ物理的先入観からより自由な発想での 解析を行 い,タンパク質の機能発現過程を解明する.また,シミュレーションとデータマイニング を融合し,効率的な解析を目指す.

■研究業績

◆発表論文
第一原理計算とデータ科学的アプローチ
ダムヒョウチ,水上卓
化学と教育, 67, 2, 62-64, 2019
Molecular dynamics study of binary POPC bilayers: Molecular condensing effects on membrane structure and dynamics
Hiroaki Saito, Tetsuya Morishita, Taku Mizukami, Ken Ichi Nishiyama, Kazutomo Kawaguchi, Hidemi Nagao
Journal of Physics: Conference Series, 1136, 012022-012022, 2018
Molecular Dynamics Study of Gramicidin A in Lipid Bilayer: Electrostatic Map and Ion Conduction
Hiroaki SAITO, Masashi IWAYAMA, Kazutomo KAWAGUCHI, Taku MIZUKAMI, Takeshi MIYAKAWA, Masako TAKASU, Hidemi NAGAO
JPS Conf. Proc., 012053-, 2014
Molecular Dynamics Simulations of the Hras-GTP Complex and the Hras-GDP Complex
Miyakawa Takeshi, Morikawa Ryota, Takasu Masako, Sugimori Kimikazu, Mizukami Taku, Kawaguchi Kazutomo, Saito Hiroaki, Nagao Hidemi
INTERNATIONAL JOURNAL OF QUANTUM CHEMISTRY, 113, 21, 2333-2337, 2013
A Molecular Dynamics Study of Hras–GTP and GDP Complexes: the Properties of Water Molecules around Guanine Nucleotide
宮川毅, 森河良太, 高須昌子, 杉森公一, 水上卓, 川口一朋, 斎藤大明, 長尾秀実
AIP Conference Proceedings, 1518, 594-, 2013
◆Misc
混合脂質膜における脂質分子の膜透過・離脱に関する自由エネルギー曲線
齋藤大明, 森下徹也, 水上卓, 川口一朋, 長尾秀実
分子シミュレーション討論会講演要旨集, 32nd, 132-, 2018
分子シミュレーションによるタンパク質の結合ポケット解析と基質の結合構造予測
齋藤大明, 水上卓, 沖本憲明, 泰地真弘人
分子シミュレーション討論会講演要旨集, 30th, -, 2016
クラスター解析によるPhotoactive Yellow Proteinの構造変化に関する理論的研究
水上卓, 杉山歩, 齋藤大明, 長尾秀実, 長尾秀実
分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web), 3rd, -, 2009
クラスター解析によるPhotoactive Yellow Protein周辺水分子の時空構造に関する理論的研究
水上卓, 杉山歩, PURQUON Acep, 齋藤大明, 長尾秀実, 長尾秀実
分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web), 2nd, -, 2008
Photoactive Yellow Proteinと水和水のダイナミクス
水上卓, 杉山歩, 長尾秀実, 長尾秀実
分子シミュレーション討論会講演要旨集, 21st, -, 2007
◆書籍
◆講演・口頭発表
水分子の記述子表現による溶液の静的・動的構造
第24回理論化学討論会, 2022
機械学習と分子シミュレーションの融合による水分子ダイナミクスの解析
日本化学会 第102春季年会(2022), 2022
Simulation-based machine-learning approach for the water dynamics
日本生物物理学会 第58回年会, 2020
Machine-learning approach for water dynamics(水のダイナミクスへの機械学習アプローチ)
日本生物物理学会 第57回年会, 2019
Classification and prediction of physicochemical properties by machine-learning approach: molecular dynamic study of hydration water(機械学習アプローチによる物理化学量の予測)
日本生物物理学会 第56回年会, 岡山市,岡山大学, 2018

■学外活動

◆所属学会
日本化学会, 分子科学会, 日本生物物理学会
◆社会貢献活動
・ 欧文誌 Biophysics and Physicobiology 編集委員 (Associate Editor) 2020
・ 欧文誌 Biophysics and Physicobiology 編集委員 2010 - 2019
・ マテリアル先端リサーチインフラ事業 実施者 , 文部科学省マテリアル先端リサーチ インフラプログラム 2021