Yamamoto, Eiji

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Affiliation

Faculty of Science and Technology, Department of System Design Engineering (Yagami)

Position

Associate Professor
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Career 【 Display / hide 】

  • 2013.04
    -
    2015.03

    慶應義塾大学大学院理工学研究科, 文部科学省博士課程教育リーディングプログラム, リサーチ・アシスタント

  • 2015.04
    -
    2016.03

    日本学術振興会, 特別研究員（DC2）

  • 2016.04
    -
    2018.03

    慶應義塾大学大学院理工学研究科, 次世代研究者育成プログラム「最先端融合科学イノベーション教育研究コンソーシアム」, 特任助教

  • 2018.04
    -
    2021.03

    立教大学, 兼任講師

  • 2018.04
    -
    2021.03

    慶應義塾大学, 理工学部システムデザイン工学科, 助教（有期）

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Academic Background 【 Display / hide 】

  • 2007.04
    -
    2011.03

    Keio University, 理工学部, 機械工学科

    University, Graduated, Other

  • 2011.04
    -
    2013.03

    Keio University, 大学院理工学研究科, 開放環境科学専攻

    Graduate School, Completed, Master's course

  • 2013.04
    -
    2016.03

    Keio University, 大学院理工学研究科, 大学院理工学研究科

    Graduate School, Completed, Doctoral course

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Academic Degrees 【 Display / hide 】

  • Doctor (Engineering), Keio University, Coursework, 2016.03

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Research Areas 【 Display / hide 】

  • Natural Science / Biophysics, chemical physics and soft matter physics

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Thermal engineering

  • Nanotechnology/Materials / Nanobioscience

  • Nanotechnology/Materials / Nano/micro-systems

  • Life Science / Biophysics

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Papers 【 Display / hide 】

  • Large-Scale FMO-MP2 Calculations of the Spike Protein Droplet Model

    Doi, H; Nakano, T; Sakakura, K; Akisawa, K; Okuwaki, K; Hirano, Y; Yamamoto, E; Yasuoka, K; Ohshima, S; Katagiri, T; Mochizuki, Y

    JOURNAL OF COMPUTATIONAL CHEMISTRY 46 ( 4 )  2025.02

    ISSN  0192-8651

  • Large‐Scale FMO‐MP2 Calculations of the Spike Protein Droplet Model

    H Doi, T Nakano, K Sakakura, K Akisawa, K Okuwaki, Y Hirano, ...

    Journal of Computational Chemistry 46 (4), e70052  2025

  • FMO-based interaction analysis on DEET/icaridin—AgamOBP1 complex

    K Akisawa, Y Sakuma, A Tsukamoto, H Doi, K Okuwaki, Y Hirano, ...

    Chemistry Letters 54 (2), upaf030  2025

  • Discovery of Pseudo-Luciferase Activity in Immunoglobulin G (IgG) and Its Application to the Detection of IgG Denaturation

    R Nishihara, Y Kihara, E Yamamoto, Y Hirano, R Kurita

    Analytical Chemistry  2025

  • Coarse-grained model of disordered RNA for simulations of biomolecular condensates

    I Yasuda, S von Bülow, G Tesei, E Yamamoto, K Yasuoka, ...

    Journal of chemical theory and computation 21 (5), 2766-2779 21 ( 5 ) 2766 - 2779 2025

    ISSN  1549-9618

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Papers, etc., Registered in KOARA 【 Display / hide 】

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Research Projects of Competitive Funds, etc. 【 Display / hide 】

  • 生体膜上における膜結合タンパク質のマルチドメイン動態の解明

    2022.04
    -
    2025.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), No Setting

    　View Summary

    細胞内シグナル伝達に関与する膜結合タンパク質の多くは，膜に結合するためのリン脂質結合ドメインを含むいくつかの構造ドメインを有しているが，細胞膜上におけるそれらマルチ構造ドメインの挙動および脂質分子認識機構，タンパク質間相互作用は不明な点が多い．本研究ではマルチスケール分子動力学シミュレーションを行い，生体膜上での膜結合タンパク質の挙動や脂質認識，タンパク質同士の相互作用について分子レベルで研究を行う．
    細胞内シグナル伝達に関与する膜結合タンパク質の多くは，膜に結合するためのリン脂質結合ドメインを含むいくつかの構造ドメインを有しているが，細胞膜上におけるそれらマルチ構造ドメインの挙動および脂質分子認識機構，タンパク質間相互作用は不明な点が多い．本研究ではマルチスケール分子動力学シミュレーションを行い，生体膜上での膜結合タンパク質の挙動や脂質認識，タンパク質同士の相互作用について分子レベルで明らかにすることを目的としている．
    今年度は，AlphaFold によって推定したBtkタンパク質の全長立体構造モデルを使用し，タンパク質／水／イオン系の粗視化モデルを用いた分子動力学計算を行った．粗視化モデルとして使用したMartiniモデルは，タンパク質同士の相互作用が強すぎることが知られているため，タンパク質の大きさを表す慣性半径が実験値を再現するよう，粗視化モデルの相互作用パラメータの調整を行った．次に調整した相互作用パラメータを用いて，タンパク質／生体膜／水／イオン系の粗視化分子動力学計算を行った．シグナル伝達に関与する脂質分子であるホスホイノシタイドの1種（PIP3）が数%含まれるPOPC／POPS膜を使用し，タンパク質とPIP3の相互作用を解析した．
    また，粗視化分子動力学計算よりも大きな時空間スケールでの不均一な生体膜上でのタンパク質挙動を可視化するためのメゾスケールシミュレーション手法の開発を行った．飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸の脂質分子の混在により秩序液体相 （Lo相）と無秩序液体相（Ld相）への相分離した膜において，タンパク質の結合により場の相分離が変化するモデルの開発・検討を行った
    今年度計画していた研究項目について研究を実施したが，粗視化分子動力学計算に用いる力場の調整に時間がかかり，やや遅れている．
    引き続き，粗視化力場の調整と計画していた生体膜上でのタンパク質挙動の詳細な解析を行うとともに，メゾスケールシミュレーションモデルの検証および改良を行いたいと考えている．

  • 非膜性構造体における蛋白質の機能性構造ドメインと天然変性領域の協同的役割

    2021.09
    -
    2023.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A), No Setting

    　View Summary

    近年，細胞内の液－液相分離現象によって，RNAと天然変性タンパク質が膜を有さない構造体（非膜性構造体）を形成することが明らかになってきている．非膜性構造体を形成する天然変性タンパク質は，構造ドメインと柔軟に構造が変化する天然変性領域を持つものが多いことが知られているが，それらの分子間相互作用や挙動は不明である．本研究では，分子動力学シミュレーションにより，非膜性構造体内部でのタンパク質とRNAの分子間相互作用および挙動を解析し，天然変性タンパク質が有する構造ドメインおよび天然変性領域が果たす協同的役割について研究する．
    細胞内の液－液相分離現象によって，RNAや天然変性タンパク質が膜を有さない構造体（非膜性構造体）を形成する．非膜性構造体を形成する天然変性タンパク質は，立体構造が安定している構造ドメインと柔軟に構造が変化する天然変性領域を持つものが多いことが知られているが，そういった構造的な特徴が非膜性構造体形成において果たす役割については，不明な点が多い．本研究では非膜性構造体の分子動力学シミュレーションを行い，非膜性構造体内部におけるタンパク質の相互作用およびダイナミクスを分子レベルで解明すること目的としている．
    本年度は，天然変性領域および構造ドメイン領域を含むタンパク質（FUSやG3BP1，TDP-43など）とRNAにより形成される非膜生構造体の粗視化分子動力学シミュレーションを行った．形成された非膜生構造体内部の密度分布，分子の拡散性，分子間相互作用，構造体の形状などを解析した．タンパク質のみで非膜性構造体を形成するものと，タンパク質のみでは非膜性構造体が形成されずRNA－タンパク質相互作用が非膜性構造体の形成において重要なものを比較することで，タンパク質の種類によって非膜性構造体内部の分子分布が異なることがわかった．タンパク質の種類の違い，構造ドメインや天然変性領域の有無のシミュレーションもいくつか行うことで，構造ドメインと天然変性領域が非膜性構造体の形成メカニズムや非膜性構造体内部の物性に与える影響を分子レベルで明らかにした．
    令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
    令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Development of computational methods to investigate the clustering dynamics of membrane proteins in heterogeneous biological membranes

    2020.04
    -
    2022.03

    Keio University, Grants-in-Aid for Scientific Research, Yamamoto Eiji, Grant-in-Aid for Early-Career Scientists, No Setting

    　View Summary

    In biological membranes, specific lipids and proteins, which are important for maintaining cellular functions, assemble and make dynamical and heterogeneous domains with a size of 10-200 nm. In this study, we developed a two-dimensional mesoscale simulation method that combines the reaction-diffusion equation and Brownian dynamics and clarified the effect of heterogeneity on the molecular behavior in the field.

  • Elucidation of the influence of lipoquality on lipid-protein interaction by molecular dynamics simulations

    2018.04
    -
    2020.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas, Principal investigator

    　View Summary

    本研究課題では，マルチスケール分子動力学シミュレーション法を用いて，ホスホイノシタイド／イノシトール リン脂質（PIPs）の脂肪酸組成の違いが生体膜上における脂質―膜結合タンパク質相互作用やタンパク質のダイナミクスに与える影響について，分子レベルで解明することを目指している．初年度の研究成果を下記に述べる．
    （1）Btk（Bruton’s tyrosine kinase）-PH ドメイン／生体膜／イオン／水分子系の粗視化分子動力学シミュレーションを行い，PIPsの脂肪酸の違いやPIPsの膜中での濃度の違いが，タンパク質の膜上での配向に影響を与えることを明らかにした．
    （2）アシル基がパルミチン酸のみで構成されるPIP3（32:0）と，ステアリン酸とアラキドン酸で構成されるPIP3（38:4）の2種類について膜内での分布を解析した結果，PIP3（38:4）含有膜では，PIP3（32:0）に比べ，アシル基が膜界面近傍でPHドメインと相互作用していることがわかった．
    （3）レプリカ交換アンブレラサンプリング法を用いてPHドメインの生体膜への結合エネルギーを計算し，PIPsのアシル基の違いによってPHドメインと生体膜との相互作用に違いがあることが明らかになった．
    （4）変異体（Y142A，F146A）について全原子分子動力学シミュレーションを行った結果，タンパク質構造が変化し，ノンカノニカルサイトが維持されないことがわかった．
    今年度計画していた研究項目について研究を実施し，概ね順調に進展している．
    脂肪酸の組成が違うPIPsを含む生体膜とBtk-PHドメインのマルチスケール分子動力学シミュレーションを行い，PIPsの脂肪酸の違いがBtk-PHドメインと生体膜との相互作用に影響を与えることを分子レベルで明らかにすることができた．
    今後は，前年度に引き続き，Btk-PHドメインとPIPsとの相互作用を分子レベルで解析するとともに，
    （1）PIPsの脂肪酸の違いがPHドメインの生体膜上でのダイナミクスに与える影響を，粗視化分子シミュレーションと非平衡統計力学的手法によって解析する．
    （2）人口脂質膜を用いた生化学実験によってBtk-PHドメインの生体膜への結合性を解析し，分子動力学シミュレーションと生化学実験を相互にフィードバックを掛け合いながら洗練し，脂質―タンパク質の新しい相互作用モードを提示する．

  • Anion permeation mechanism of aquaporin 6

    2018.04
    -
    2020.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Yamamoto Eiji, Grant-in-Aid for Early-Career Scientists , Principal investigator

    　View Summary

    Molecular dynamics simulations were performed to elucidate the molecular mechanism of selective permeation of molecules through aquaporins. The structure model of aquaporin 6, which is known as an anion channel, was predicted by a homology modeling because its structure has not been reported experimentally. The stability of the predicted protein conformation in a biological membrane was confirmed by simulations. Furthermore, we clarified the permeation pathway of chloride ions in the aquaporin 6, and that the packing of water molecules into the permeation pathway is important for the ion permeation event.

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Awards 【 Display / hide 】

  • 文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2025.04, 文部科学省, 分子動力学計算による生体分子挙動の研究

    Type of Award： Award from publisher, newspaper, foundation, etc.

  • 日本生物物理学会 若手奨励賞

    2020.09, 日本生物物理学会, Effect of lipid quality on the association of membrane bound proteins with phosphoinositide-containing membranes

    Type of Award： Award from Japanese society, conference, symposium, etc.

  • 船井研究奨励賞

    2019.04, 船井情報科学振興財団, 分子動力学シミュレーションによる生体膜近傍における分子輸送現象に関する研究

    Type of Award： Award from publisher, newspaper, foundation, etc.

  • 井上研究奨励賞

    2018.02, 井上科学振興財団, 分子動力学シミュレーションによる細胞膜周りの水分子の異常ダイナミクスの解明

    Type of Award： Award from publisher, newspaper, foundation, etc.

  • 若手招待講演賞

    2016.11, 日本生物物理学会, Investigating Interactions and Dynamics of Pleckstrin Homology Domains on a Lipid Membrane Surface

    Type of Award： Award from Japanese society, conference, symposium, etc.

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Courses Taught 【 Display / hide 】

  • SEMINAR IN SYSTEM DESIGN ENGINEERING

    2025

  • PHYSICS AND CHEMISTRY IN BIOLOGICAL SYSTEMS

    2025

  • LABORATORIES IN SYSTEM DESIGN ENGINEERING 2)

    2025

  • LABORATORIES IN SCIENCE AND TECHNOLOGY

    2025

  • INTRODUCTION TO SYSTEM DESIGN ENGINEERING

    2025

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