結晶の中に潜む「隠れた分子」を発見
――放射光が解き明かす非磁性絶縁体の謎――

2026年5月20日
東京大学
理化学研究所
高輝度光科学研究センター
科学技術振興機構(JST)

◆放射光X線回折と逆モンテカルロシミュレーションにより、ニオブ酸化物結晶の中に従来の方法では見えない「隠れた分子」を発見しました。
◆発見した分子は、この物質の磁性と伝導性を支配している可能性があります。
◆結晶に潜む短距離相関を可視化する新たな解析手法の有効性を実証しました。本手法は、物質中に潜む新たな物理現象の発見につながることが期待されます。

物質科学の研究において、物質中の原子の並び方（結晶構造）を知ることは物性理解の出発点です。近年では計算科学が飛躍的に発展し、結晶構造から電子の状態を計算することで、物質の性質をある程度予測できるようになりました。例えば、水素化物における高圧下での超伝導の発見などは、理論予測をきっかけに実験的にも実証されています。

しかし、電子同士の相互作用（電子相関）が強い物質では、結晶構造から予想される性質と実際の振る舞いが一致しないことがあります。パイロクロア構造^※5をもつニオブ酸化物Y₂Nb₂O₇はその代表例です。この物質では、イットリウム(Y)とニオブ(Nb)がそれぞれパイロクロア格子を形成しています。Y₂Nb₂O₇において、Yイオンは+3価で閉殻電子配置をとり、物性への寄与はほとんどありません。一方、+4価のNbイオンは価電子を1個持ち、金属的あるいは磁気的な振る舞いを示すことが期待されます。ところが、過去の磁化測定では、この物質が非磁性の絶縁体であることが報告されており、結晶構造からの予測と矛盾していました。この問題は20年以上にわたり未解決の謎として残されてきました。

本研究グループは、この謎を解明するため、Y₂Nb₂O₇単結晶を用いたX線回折実験を、大型放射光施設SPring-8のBL02B1ビームラインにおいて実施しました。放射光では、実験室光源と比べて1億倍以上明るいX線を利用できるため、通常の測定では捉えられない微小な構造変化を検出することができます。その結果、三次元的に分布する非常に弱い散漫散乱強度の観測に成功しました（図1a）。散漫散乱は結晶中の乱れや短距離相関を反映する重要な信号ですが、そのパターンは複雑なことが多く、従来の結晶構造解析では扱うことが困難でした。本研究では、逆モンテカルロシミュレーションを用いてこの膨大な散漫散乱データを解析し、Nbイオンの微小な変位によって散漫散乱パターンを再現することに成功しました（図1b）。

得られた結晶構造の中には、一直線上に並んだ4つのNbイオンがわずかに近づき合って形成される「四量体」が存在することが分かりました。この四量体は分子のように振る舞い、分子軌道を形成します。これらの軌道に4つの電子が低エネルギー準位から順に占有されることで電子が対を作り、非磁性絶縁体が実現されます（図2）。

本研究は、長年の未解決問題であった非磁性絶縁体状態の起源を、分子軌道という観点から明確に説明したものです。本研究で実証した手法は、さまざまな量子物質や機能性材料に広く適用可能です。これにより、従来の結晶構造解析では捉えられなかった局所構造や電子状態を明らかにし、物質中に潜む新たな物理現象の発見につながることが期待されます。

東京大学大学院新領域創成科学研究科
鬼頭　俊介　助教
西田　祥太　研究当時：修士課程
徳永　祐介　准教授
有馬　孝尚　教授
兼：理化学研究所　創発物性科学研究センター　センター長

理化学研究所　創発物性科学研究センター
豊田　新悟　研究員

高輝度光科学研究センター
中村　唯我　研究員

本研究はJSPS 科学研究費助成事業（課題番号：JP24K17006、JP24H01644、JP24K00582）、JST 創発的研究支援事業（課題番号：JPMJFR2362）の支援により実施されました。

【用語解説】

抗体によるT細胞応答の新たな制御機構の発見
－自己免疫、アレルギー疾患の制御法や最適化ワクチン抗原の開発への応用に期待－

2026年4月16日
（大阪大学様が2026年4月16日に発表したプレスリリースを掲載しています）
大阪大学
東北大学
東京科学大学
信州大学
理化学研究所

【研究成果のポイント】
◆ 免疫応答の過程で、特定の抗原に反応するT細胞の働きを選択的に抑える新しい抗体「 免疫誘導性T細胞受容体様抗体(Immune-induced TCR-like antibody：iTab) 」が、マウスで自然に作られることを発見した。
◆ iTabは、抗原ペプチドとMHC^※1 クラスII分子を認識し、T細胞受容体(TCR)^※2が抗原ペプチドの認識を妨げることで、抗原特異的な免疫反応を抑えることが分かった。また、iTabの誘導には、抗原ペプチドの両端にある「フランキング残基」が重要であることも明らかにした。
◆ 自己免疫疾患モデルマウスでは、iTabを誘導するペプチドで前もって免疫する、あるいはiTab自体を投与することで、病態の進行を抑えられることを示した。
◆ 将来的に、自己免疫疾患やアレルギーに対する抗原特異的な免疫制御法の開発や最適なワクチン抗原の設計への応用が期待される。

研究の背景
　免疫は、細菌やウイルスなどの異物から体を守るために欠かせない仕組みです。一方で、免疫反応が過剰になったり、自分自身の成分に反応してしまったりすると、アレルギーや自己免疫疾患の原因になります。そのため、必要な免疫機能は保ちながら、問題となる免疫反応だけを狙って抑える方法の開発が重要な課題となっています。
　CD4陽性T細胞は、抗原提示細胞の表面に提示された「抗原ペプチド-MHCクラスII複合体」を認識して活性化します。これまで、この複合体を認識する“TCR様抗体”は人工的に作製できることが知られていましたが、通常の免疫応答の中で自然に生じるかどうかはよく分かっていませんでした。また、実際に体内で提示される抗原ペプチドには、T細胞が認識する中心部分だけでなく、その前後に「フランキング残基」と呼ばれる余分な配列が付いていることが多い一方で、その役割は十分に理解されていませんでした。

研究の概要
1. 新たな抗体「iTab」の発見
　本研究ではまず、卵白リゾチーム(HEL)やミエリン関連抗原などでマウスを免疫すると、抗原そのものに対する通常の抗体だけでなく、抗原ペプチド-MHCクラスII複合体を認識する抗体が誘導されることを見いだしました。研究グループはこの抗体を 「Immune-induced TCR-like antibody(iTab)、免疫誘導性TCR様抗体」 と名付けました。iTabは、抗原ペプチドだけ、あるいはMHCクラスIIだけを認識するのではなく、その組み合わせが作る立体的な構造を認識する点が特徴です（ 図2） 。

2. iTabの産生機構
　次に、iTabがどのような条件で作られるかを詳しく調べたところ、抗原ペプチドの両端に存在するフランキング残基が重要であることが分かりました。T細胞が認識する最小限のペプチドだけではiTabはほとんど誘導されませんでしたが、フランキング残基を含むペプチドではiTabが効率よく誘導されました。さらに、こうしたフランキング残基を含むペプチドは、抗原提示細胞の中で自然に作られ、MHCクラスII上に提示されていることも示されました。

3. iTabの機能解析
　機能解析では、iTabがT細胞受容体(TCR)による抗原認識を妨げ、抗原特異的なCD4陽性T細胞の活性化を抑えることを解明しました。iTabによってT細胞の活性化シグナルが弱まり、炎症反応の指標も低下しました。また、単クローンiTabを用いた解析から、iTabがマウス体内でも抗原特異的な免疫応答を抑制できることが示されました。

4. iTabの構造解析
　さらに、クライオ電子顕微鏡による構造解析により、iTabが抗原ペプチドのフランキング残基とMHCクラスIIの両方を同時に認識していることを明らかにしました。これは、iTabがT細胞受容体に似た仕組みで抗原提示の場を見分けていることを示す重要な結果です。

5. 自己免疫疾患モデルマウスを用いたiTabによる自己免疫応答の制御
　研究グループは、多発性硬化症のモデルとして広く用いられる実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)でもiTabの効果を検証しました。その結果、病気の原因となる自己抗原に対するiTabは、病原性T細胞の活性化を抑え、炎症性サイトカインの産生を低下させ、病態の進行を有意に抑制しました（ 図3） 。さらに、病原性T細胞を刺激しにくいよう改変した、iTab誘導能をもつペプチドで事前に免疫したマウスでも、EAE症状の軽減が確認されました。これらの結果は、iTabが自己抗原に対する過剰な免疫反応を選択的に抑える可能性を示しており、自己免疫疾患に対する新しい抗原特異的治療戦略の基盤となることが期待されます。

本研究成果が社会に与える影響（本研究成果の意義）
　本研究は、生体に本来備わっている「抗原特異的な免疫応答を制御する抗体(iTab)」の存在を初めて明らかにしました。特定の抗原に対する免疫応答がいかにして適切に収束するのか、その制御機構の解明は非常に重要です。本研究により、産生されたiTabがT細胞の活性化を能動的に抑え込み、免疫応答を収束させるという、全く新しい免疫制御メカニズムが示されました。
MHCの遺伝子多型は、免疫系の異常な活性化によって引き起こされる様々な自己免疫疾患やアレルギー疾患において、最も強く関連する遺伝的要因として知られています。今回明らかにしたiTabの誘導アプローチを応用することで、標的抗原が明らかになっている自己免疫疾患やアレルギー疾患に対して新たな治療の開発が期待できます。逆にiTabの産生を誘導しない抗原を設計することによる持続性の高いワクチン抗原の最適化にも応用が期待できます。

特記事項
　本研究成果は、2026年4月16日（木）18時（日本時間）に国際学術誌「Nature Communications」に掲載されました。
本研究は、日本学術振興会科研費、日本医療研究開発機構(AMED) 革新的先端研究開発支援事業(AMED-CREST)、免疫アレルギー疾患実用化研究事業の一環として行われました。

【用語説明】

参考URL
研究室ホームページ https://immchem.biken.osaka-u.ac.jp
荒瀬 尚 教授 https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/8926a7bc71557953.html

酸素極小層から深海まで続くマンガン酸化の実態を解明
―セリウム同位体が明らかにする海洋中の新しい物質循環モデル―

2026年5月11日
東京大学
海洋研究開発機構（JAMSTEC）
高知大学
名古屋大学
弘前大学
法政大学
高輝度光科学研究センター
広島大学

発表のポイント
◆ 海水およびマンガンクラスト中のセリウム（Ce）安定同位体比の鉛直分布を初めて明らかにした。
◆ 酸素極小層（OMZ）内部を含め、深海に至るまで連続的にマンガン酸化物が形成されることを実証した。
◆ 海洋中のマンガン循環と希土類元素^（注1）の挙動を統合的に理解する新しいモデルを提案した。

発表者・研究者等情報
東京大学
　大学院理学系研究科　地球惑星科学専攻
　　Li Wenshuai 博士研究員（現 中国地質大学（武漢）教授）
　　高橋 嘉夫 教授（兼 東京大学 アイソトープ総合センター センター長）
　大気海洋研究所
　　小畑 元 教授
　　漢那 直也 助教（現 岡山大学環境生命自然科学学域 准教授）
海洋研究開発機構（JAMSTEC）物質地球科学研究部門
　　中田 亮一 主任研究員（兼 広島大学大学院先進理工系科学研究科 客員准教授）
　　柏原 輝彦 主任研究員
高知大学海洋コア国際研究所
　　臼井 朗 特任教授 (名誉教授)
名古屋大学大学院環境学研究科
　　淺原 良浩 准教授
弘前大学 被ばく医療総合研究所
　　田副 博文 教授
法政大学 自然科学センター・文学部 地理学科
　　田中 雅人 准教授
高輝度光科学研究センター
　　河村 直己 主幹研究員
　　東 晃太朗 主幹研究員

研究助成
　本研究は、中国国家自然科学基金「No. 42573006、No. 42550152」、日本学術振興会「外国人特別研究員 No. P21313」、科研費「特別研究員奨励費 課題番号22F21313、22KF0083」、科研費「課題番号 24H00268、24K21564、24K22346、23H03986、22H00166、22F21313、22KK0166」、米国国立科学財団「助成金番号 OCE-2140395」、科研費「基盤研究(S) 課題番号： 26K21720」科研費「学術変革領域研究(A) 課題番号26H00438」の支援により実施されました。

謝辞
　本研究で行った解析は、SPring-8（課題番号：2023A1453, 2023A1455, 2024A1446, 2024A1483, 2024A1484, 2024A1486, 2024B1493, 2024B1496, 2024B1905）と、高エネルギー加速器研究機構の放射光実験施設Photon Factoryのビームラインにおいて、高エネルギー加速器研究機構の承認のもとで実施しました（課題番号：2022G126, 2024G123）。また、本研究は、東京大学大気海洋研究所の研究船共同利用プログラム（学術研究船「白鳳丸」、JURCAOSSH22-02）の支援も受けました。F. Liu氏（成都理工大学）に、Ce標準溶液（CDUT-Ce）をご提供いただいたことに感謝いたします。

【用語解説】

メタノールを効率よくエネルギー変換する酵素の立体構造を解明

2026年4月30日
国立大学法人筑波大学
東海国立大学機構岐阜大学
理化学研究所
国立大学法人東北大学

筑波大学 計算科学研究センター
谷 一寿　教授
岐阜大学 応用生物科学部
中川 智行　教授
理化学研究所 放射光科学研究センター／東北大学 多元物質科学研究所
米倉 功治　グループディレクター／教授

近年、地球温暖化対策や資源循環の観点から、カーボンニュートラル社会の実現が求められています。その中で、二酸化炭素やメタンから合成可能なメタノールは、液体で扱いやすく、さまざまな化学製品の原料にもなることから、環境負荷の低い再生可能な炭素資源として重要な物質です。このメタノールを工業的に効率よく利用する手段として、メタノールのみを栄養源として増殖するメチロトローフ酵母 Ogataea methanolica^※1 が広く用いられています。
この酵母は、メタノール分解に関わるアルコールオキシダーゼ(AOD)^※2 という酵素を持っています。これには複数の種類があり、特に、低濃度のメタノール環境で効率よく働くMod1pと高濃度環境でも機能するMod2pという2種類のよく似た構造の酵素を使い分けています。しかしながら、両者はアミノ酸配列が約85％も共通しており、なぜこのような働きの違いが生じるのかは長年の課題でした。そこで本研究では、クライオ電子顕微鏡^※3 を用いて、Mod1pとMod2pそれぞれの詳細な構造解析を行いました。

本研究では、クライオ電子顕微鏡を用いて、両酵素の立体構造を詳細に解析しました（図１）。その結果、いずれも8つのタンパク質からなる安定した構造を形成し、基本的な構造はよく似ていることが分かりました。一方で、機能に関わる重要な違いも明らかになりました。第一に、補酵素FAD^※4 の酵素への結合様式が異なり、Mod1pでは通常のFADの一部が変換されたa-FAD^※4 が利用されていました。第二に、酵素表面の電荷分布に違いがあり、分子間相互作用や安定性に影響していることが示されました。第三に、タンパク質外周においてアミノ酸配列が大きく異なる領域が存在し（図２）、それに伴い立体構造にも違いが認められ、この差が酵素活性の安定性に関与している可能性が示唆されました。このような構造上の違いが、メタノールに対する反応性や環境適応の差異を生み出していると考えられます。
さらに、これら2種類の酵素が混在した複合体を形成する可能性も示されたことから、環境変化に応じて代謝を柔軟に調節する仕組みがあると考えられます。
本研究により、類似した酵素であっても、わずかな構造の違いが酵素機能の大きな差を生むことが分子レベルで初めて明らかになりました。

本研究成果は、これまで経験的に知られていた酵素機能の違いを、分子レベルで説明するものです。この知見を基に、今後、酵素機能の改良およびバイオ生産技術の高度化を推進し、メチロトローフ酵母を用いた燃料や化学製品の効率的な生産への貢献を目指します。これらの取り組みは、メタノールを原料とするバイオリファイナリー^※5 の実現に向けた重要な基盤技術となると期待されます。

本研究は、国立研究開発法人日本医療研究開発機構(AMED)創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業(BINDS)（JP21am0101118、JP22ama121006、JP25ama121004）、JST未来社会創造事業(JPMJMI23G2)、科研費(JP18K19875)、量子情報生命科学研究センター等の助成を受けて実施されました。

【用語解説】