Ibaraki University's
Frontier Research Center for Applied Atomic Sciences

Associate Professor

KUSAKA katuhiro


Career

  1. 科学技術振興事業団 戦略的基礎研究推進事業 研究員 1999/06/01-2000/10/31
  2. Institute of Mineralogy, J.W. Goethe University, Frankfurt/Main, Germany, Researcher 2000/11/01-2002/03/31
  3. 日本学術振興会 特別研究員(受入機関:高エネルギー加速器研究機構、物質構造科学研究所物質科学第二研究系) 2002/04/01-2004/07/31
  4. 日本原子力研究所 中性子利用研究センター 特定課題推進員 2004/08/01-2005/09/30
  5. 本原子力研究開発機構 量子ビーム応用研究部門 特定課題推進員 2005/10/01-2006/03/31
  6. 本原子力研究開発機構 J-PARCセンター 特定課題推進員 2006/04/01-2007/09/30
  7. 茨城大学フロンティア応用原子科学研究センター設立準備室 准教授 2007/10/01-2008/03/31
  8. 茨城大学フロンティア応用原子科学研究センター 准教授 2008/04/01-Present

Academic background

  1. Himeji Institute of Technology Faculty of Science 生命科学科 1994/03 Graduated
  2. Himeji Institute of Technology Graduate School, Division of Natural Science 生命科学専攻 Master course 1996/03 Completed
  3. Himeji Institute of Technology Graduate School, Division of Natural Science 生命科学専攻 Doctor course 1999/03 Completed

Academic degrees

  1. 博士(理学) Himeji Institute of Technology 1999/03

Current state of research and teaching activities

【装置高度化研究】iBIXは現時点で設計性能が達成されていることが証明されつつある。今後の課題は利用研究発展の要となる装置高度化である。装置本体については追加検出器の効率的配置検討、高効率測定戦略の検討(測定戦略自動計算ソフトの開発と測定制御ソフトへの組み込み)を行い、高分解能・高精度データの高効率測定を実現させる。また、データ処理ソフトウェアの高度化として測定可能格子長150Åの達成を目指し、高精度かつ高速な反射分離法の確立とそのコード化を進める。また、加速器出力の増加とiBIXの測定効率の向上に伴う測定時間短縮に対応するために、試料自動交換機構の開発や、多様なニーズに応える試料環境の整備として中性子で用いる大型結晶の凍結装置開発にも着手する。さらには、TOF回折データは従来の単波長を用いた回折データとは異なり、異なる波長で測定された等価反射のデータ精度のばらつきや消衰効果の寄与が問題となりうることがこれまでの研究で明らかとなってきた。測定されたTOF回折データからより高精度な積分強度データを得るために、これらの問題を考慮した新たなデータ処理アルゴリズムを構築し、既存のソフトウェアシステムに組み込む。さらには中性子・X線データの相補性を活かした同時構造解析を導入する。このように総合的な高度化を図ることにより、今までに類を見ない高精度かつ高分解能な構造情報、特に水素・水分子位置(双極子モーメント等)の詳細情報を得ることで、新たな中性子構造生物学分野の開拓を目指す。
【利用研究】RNA分解酵素であるリボヌークレアーゼA(RNase A) は現在までに我触媒活性部位におけるアミノ酸残基のプロトン化、脱プロトン化の観察に成功し、触媒機構の一断面の解明に成功した。しかしながら、触媒活性部位における反応機構に関与するHisのプロトネーション状態の完全な理解には、広い領域のpH(5.0~9.0)でのプロトネーション、脱プロトネーションの観察を行なうことが決定的である。そこで、RNase AのpH7.0および9.0での高分解能中性子回折実験を行ない、それぞれのpHにおける構造を明らかにし、RNase Aの反応機構の詳細を直接解明する。創薬標的蛋白質(血液凝固に関与するトロンビン、肝臓疾患に関係するトリプシン等)の水素・水和構造を解明し、医薬品と蛋白質との原子レベルでの正確な相互作用様式の推定等、蛋白質立体構造に基づいた医薬品設計に寄与する。特にStructure Based Drug Designにおいて、基質がタンパク質に結合した状態とそうでない状態での水和構造の違いや、水分子の結合の強さや運動の自由度の知見を得ることができれば、結合によるギブス自由エネルギー変化を計算することにより、より信頼性の高い医薬品設計情報を獲得することが可能である。中性子構造解析により水素原子位置を含む水の位置情報を得るこにより、従来困難であった水の自由度に関する情報を得る手法を確立する。これにより信頼性の高い医薬品設計情報の獲得を目指す。
また、不凍タンパク質、Z-DNA等の構造解析による水素位置比較、糖質認識酵素の認識機能の解明、水素原子が直接反応に関与する機能性核酸の反応機構の解明等、創薬関連物質のみならず中性子の特徴を生かした生体関連物質の構造研究にも着手する。

Research Areas

  1. Structural Biochemistry

Research keywords

  1. 中性子構造生物、結晶構造解析、TOF中性子回折

Papers

  1. Research paper (scientific journal) Joint Variation of large-scale regularity in modulated structures of Ca2CoSi2O7 studied by a simulation method. K. Kusaka, K. Hagiya, M. Ohmasa and K. Iishi Acta Cryst. B 60, 369-374 2004
  2. Research paper (scientific journal) Joint etermination of structures of Ca2CoSi2O7, Ca2MgSi2O7 and Ca2(Mg0.55,Fe0.45)Si2O7 in incommensurate and normal phases and observation of diffuse streaks at high temperature. K. Kusaka, K. Hagiya, M. Ohmasa, Y. Okano, M. Mukai, K. Iishi and N. Haga Phys. Chem. Miner. 28, 150-166 2001
  3. Research paper (scientific journal) Only メリライト族鉱物のインコメンシュレート構造における大規模規則性とその温度変化 日下勝弘 日本結晶学会誌 40, 129-136 2007 日本結晶学会進歩賞受賞講演論文
  4. (MISC) Introduction and explanation (others) Only 茨城県生命物質構造解析装置(iBIX)の開発・建設の現状 日下勝弘 波紋 18/ 2, 103-107 2008
  5. (MISC) Introduction and explanation (international conference proceedings) Joint Peak overlapping and its de-convolution in TOF diffraction data from neutron biological diffractometer in J-PARC. K. Kusaka, T. Ohhara, I. Tanaka, N. Niimura, T. Ozeki, K. Kurihara,他5名 Physica B 385-386, 1062-1065 2005

Research presentations

  1. Poster presentation 茨城県生命物質構造解析装置iBIXの性能評価および最近の測定データとその処理例 MLFシンポジウム 2010/03/29
  2. Poster presentation 茨城県生命物質構造解析装置iBIXの性能評価 中性子科学会年会 2009/12/09
  3. Poster presentation Several Examples of Neutron Diffraction Data from IBARAKI Biological Crystal Diffractometer iBIX Neutrons in Biology 2009/10/27
  4. Poster presentation 茨城県生命物質構造解析装置(iBIX)の供用開始に向けて—パルス中性子ビームを用いた調整と評価— 中性子科学会年会 2008/12/01
  5. Poster presentation Optimization of design parameters of IBARAKI Biological Crystal Diffractometer (iBIX) in J-PARC XXI Congress of the International Union of Crystallography 2008/08/23

Prizes

  1. 日本結晶学会進歩賞受賞 メリライト族鉱物のインコメンシュレート構造の大規模規則性と温度変化に関する研究 2004

Memberships of academic societies

  1. 中性子科学会
  2. 結晶学会