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YAGI Maho

    Graduate School of Pharmaceutical Sciences Department of Structural Biology and Biomolecular Engineering　Lecturer
Last Updated :2025/07/10

Researcher Information

Alias Name

    Yagi-Utsumi Maho

Degree

  • Ph.D.（Nagoya City University）

URL

Research funding number

  • 40608999

ORCID ID

J-Global ID

Research Interests

  • amyloid fibril   ganglioside   Neurodegenerative disease   glycosphingolipid   NMR   amyloid β   Alzheimer's disease   

Research Areas

  • Life sciences / Pharmaceuticals - analytical and physicochemistry
  • Life sciences / Structural biochemistry
  • Life sciences / Biophysics

Academic & Professional Experience

  • 2025 - Today  Nagoya City UniversityGraduate School of Pharmaceutical SciencesAssociate Professor
  • 2022 - Today  National Institutes of Natural SciencesExploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS)Associate Professor (Adjunct)
  • 2022 - 2025  Nagoya City UniversityGraduate School of Pharmaceutical SciencesAssistant Professor
  • 2018 - 2022  Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS)Assistant Professor
  • 2015 - 2018  Institute for Molecular ScienceLife and Coordination-Complex Molecular ScienceAssistant Professor
  • 2014  Okazaki Institute for Integrative BioscienceResearch Assistant Professor
  • 2013  University of CambridgeChemistry DepartmentVisiting Researcher
  • 2011  National Institutes of Natural SciencesResearch Assistant Professor
  • 2010  Japan Society for the Promotion of ScienceResearch Fellowship for Young Scientists

Education

  • 2007/04 - 2010/03  Nagoya City University  Graduate School of Pharmaceutical Sciences  ph.D. course
  • 2005/04 - 2007/03  Nagoya City University  Graduate School of Parmaceutical Sciences  Master course
  • 2001/04 - 2005/03  Nagoya City University  Pharmaceutical Sciences  製薬学科

Association Memberships

  • THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN   THE BIOPHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   THE JAPANESE BIOCHEMICAL SOCIETY   THE JAPANESE SOCIETY OF CARBOHYDRATE RESEARCH   PROTEIN SCIENCE SOCIETY OF JAPAN   THE PHARMACEUTICAL SOCIETY OF JAPAN   

Published Papers

Conference Activities & Talks

MISC

Awards & Honors

  • 2024/10 名古屋市立大学 令和6年度名古屋市立大学理事長賞 研究B
  • 2024/10 名古屋市立大学 大学院薬学研究科 令和5年度 名古屋市立大学大学院薬学研究科 教員個人評価 優秀賞
  • 2020/07 National Institutes of Natural Sciences The 10th Young Researcher Award from National Institutes of Natural Sciences
     Molecular assemblies of amyloidogenic proteins
  • 2018/03 The Pharmaceutical Society of Japan The PSJ Award for Young Scientists
     NMR分光法を基軸としたタンパク質の構造ダイナミクスと分子集合メカニズムの解明 
    受賞者: Maho Yagi-Utsumi
  • 2011/06 the Protein Science Society of Japan Young Scientist Award
     
    受賞者: Maho Yagi-Utsumi
  • 2011/06 第11回日本蛋白質科学会年会 若手奨励賞
     ガングリオシドクラスターを舞台とするアミロイドβの構造転移と分子間相互作用 
    受賞者: 矢木真穂
  • 2010/05 the Japanese Biochemical Society, Chubu Branch Incentive Award
     
    受賞者: Maho Yagi-Utsumi
  • 2010/05 第74回日本生化学会中部支部例会 奨励賞
     ガングリオシドクラスターに結合したアミロイドβのNMR構造解析 
    受賞者: 矢木真穂
  • 2007/05 the Japanese Biochemical Society, Chubu Branch Incentive Award
     
    受賞者: Maho Yagi-Utsumi
  • 2007/05 第71回日本生化学会中部支部例会 奨励賞
     アミロイドβペプチド-GM1ガングリオシド複合体の安定同位体利用NMR解析 
    受賞者: 内海真穂
  • 2007/03 Physical Pharm Forum, the Division of Physical Sciences, the Pharmaceutical Society of Japan The Highest Award
     
    受賞者: Maho Yagi-Utsumi
  • 2007/03 日本薬学会物理系薬学部会フィジカル・ファーマフォーラム2007 最優秀賞
     アミロイドβペプチド-GM1ガングリオシド相互作用系の安定同位体利用NMR解析 
    受賞者: 内海真穂

Research Grants & Projects

  • 科学技術振興機構：戦略的な研究開発の推進 戦略的創造研究推進事業 さきがけ
    Date (from‐to) : 2022 -2025 
    Author : 矢木 真穂
     
    本研究では、生命分子の複合体形成におけるアッセンブリー補助メカニズムの本質を取り入れたシステムを構築することで、複数種類のタンパク質のアッセンブリーを制御する戦略を確立します。過渡的に生成する集合中間体を安定化することにより、ビルディングブロックとしてのタンパク質が規則正しく集積したヘテロ超分子構造体を創成し、新規機能創出のプラットフォームとして利用することを目指します。
  • クマムシ由来非ドメインタンパク質の分子ネットワークの実体解明
    日本学術振興会：科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)
    Date (from‐to) : 2022/06 -2024/03 
    Author : 矢木 真穂
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
    Date (from‐to) : 2019/04 -2024/03 
    Author : 藤田 誠; 藤田 大士; 矢木 真穂
     
    分子を限られた空間に捕捉すると、溶液や固体状態では見られない新しい性質や反応性が発現し、さらに新たな観測手段でその構造を解析することができる。本研究では、この知見をタンパク質分子に応用する。すなわち、人工的なケージにタンパクを空間捕捉し、(1)タンパクの性質を制御する。(2)タンパクの反応性を制御する。さらには、(3)タンパクの新しい構造解析手法を創出することを目的とする。 当初の計画通り、タンパク質の性質・機能制御、さらにはタンパク質の高効率構造解析法の創出に適したタンパク質包接技術の開発とその基礎的データの収集を行った。その結果、(1)再現性の高い調製プロトコルの確立、(2)想像を超えるタンパク質安定化、リフォールディングによる特異な機能制御を達成した。また、(3)包接したタンパク質の構造の解析を行った。 1.タンパク包接の新技術開発: タンパク質を球状錯体へ包接する新たな手法を開発し、多様な天然タンパク質を包接することに成功した。従来法で必須であったタンパク質の改変が不要となり、また精製不要なワンポットでの包接により、天然構造を保持したままタンパク質を球状錯体ケージへ包接可能となった。 2. 包接によるタンパク質の機能制御: タンパク質を包接することで、その性質・機能を制御できることを見出した。包接したタンパク質の安定性を評価すると、熱および有機溶媒に対する安定性が飛躍的に向上することがわかった。 3.包接したタンパク質の構造解析: 包接したタンパク質のNMR構造解析を行った。従来の包接手法と異なり、本研究では球状錯体の一義的な内部空間にタンパク質を包接できるため、その構造を詳細な解析が可能となった。タンパク質を錯体ケージへと包接し、三次元NMRでピークの帰属を行い詳細な解析を行った。得られた構造から、タンパク質が天然構造を保持したまま包接されたことがわかった。
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
    Date (from‐to) : 2019/04 -2023/03 
    Author : 加藤 晃一; 矢木 真穂; 谷中 冴子
     
    免疫グロブリンG（IgG）の３次元構造ダイナミクスを原子レベルで解析するために、これまで技術基盤を整えてきたNMR分光計測実験と分子動力学（MD）シミュレーションを本格的に実施した。特に本年度は、抗体医薬のフレームワークとなるヒトIgG1のFc領域を対象に、細胞工学的手法により糖鎖とアミノ酸の生合成経路を改変した動物細胞を用いて、フコシル化やガラクトシル化をふくむN型糖鎖構造をコントロールしつつ、効率的に均一安定同位体標識を施した一連の試料を調製した。多次元NMR計測により、Fcの各グライコフォームについて糖鎖とポリペプチド鎖に由来するシグナルの観測・帰属を推進した。帰属の確定したNMRシグナルをプローブとして、糖鎖構造の改変に伴う分子の動的構造変化を捉えた。一方、ヒトIgG1-Fcの各グライコフォームを対象にMDシミュレーションを実施した。分子構造が柔軟な糖鎖をモデル分子として、MDシミュレーションの結果により得られた構造アンサンブルを包括的に取り扱うアプローチ法を確立した。これによりNMRデータとMDシミュレーションの結果を統合し、Fcの分子構造中の糖鎖-タンパク質の相互作用ネットワークをとらえる基盤を構築することができた。さらに、水素-重水素交換質量分析法により、Fab中に存在するFcγ受容体IIIの結合部位が抗原認識に伴って構造変化をきたし、それによりIgGの受容体親和性が向上することが明らかとなった。また、IgGのFabの中にはFcγ受容体のみならず、補体系第一成分C1qに対する相互作用部位も隠されていることを明らかにした。 こうして得られた情報に基づいてエフェクター分子との結合能を向上させるための分子設計戦略を検討した。
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
    Date (from‐to) : 2018/06 -2023/03 
    Author : 杉山 正明; 中川 洋; 矢木 真穂; 佐藤 衛; 齋尾 智英; 苙口 友隆
     
    H30年度は研究計画に沿い「試料調製」に関しては「調製環境」「必要な測定機器の整備」「調製条件の検討・予備発現」、「中性子溶液散乱」に関しては「MurD・Hefを用いた測定条件確認のための試験中性子溶液散乱測定」、「計算機解析法」に関しては「計算機環境の整備」「ソフトウェア開発」「試験解析」を行った。以下、具体的に記載する。 【試料調製】MurDはドメインライゲーション法の確立を進めている。ライゲーションのためには変異導入が必要となるが、この変異導入によるダイナミクスの変化は起こらない事をNMRを用いて確認した。Hefはスプリットインテイン法を用いて3つのドメインライゲーションに成功した。これは世界的に見て非常に価値が高い成果である。Tr-Ubもユビキチン結合酵素を用いてドメインライゲーションに成功した。更に4つのドメインを持つPDIファミリー蛋白質のER-60の高純度精製に成功した。今後はこの蛋白質も研究対象に加える予定である。必要機器として質量分析器の導入を行い、既に重水素化蛋白質の重水素化率検定に利用している。 【中性子溶液散乱測定】J-PARCのBL02を用いて、MurDおよびHefの必要濃度・測定時間等の予備検討実験を行った。濃度50mg/mLの試料の場合、6時間程度で内部ダイナミクスが測定可能であることを確認した。この成果は論文に公表予定である。また、Hefはドメイン蛋白質であるMurDとは異なったIDP特有の運動が観測された。 【計算機】専用の計算環境確立のために機器導入を行い、免疫に関する蛋白質を用いたMD計算により動作確認を行った。更に今後の大きな蛋白質に対応するために租視化MD法の確立を進めている。 以上より、H30年度は今年度以降の研究に必要となる技術の確立・装置の導入を滞りなく進めた。また、それらを用いた予備実験の中から公表に値する成果も創出できた。
  • タンパク質分子を取り巻く環境を考慮した構造解析によるアミロイド形成機構の解明
    Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    Date (from‐to) : 2019/04 -2022/03 
    Author : 矢木 真穂
  • タンパク質分子を取り巻く環境を考慮した構造解析によるアミロイド形成機構の解明
    文部科学省：基盤研究(C)
    Date (from‐to) : 2019/04 -2022/03 
    Author : 矢木真穂
  • 細胞再現系での蛋白質の構造・ダイナミクスの解明
    Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
    Date (from‐to) : 2018/04 -2019/03 
    Author : 杉山 正明; 矢木 真穂; 長田 裕也; 井上 倫太郎; 藤井 紀子
     
    細胞再現系の構築のために「１．HSA(Human Serum Albumin)の発現系の確立」「２．75%重水素化蛋白質の発現系の確立」「３．重水素化高分子の合成系の確立」に着手した。１に関しては通常は生体(血清)から抽出しているが、今回は重水素化のために大腸菌発現系の確立を目指している。そのためには、発現ベクターの構築・発現確認・発現条件の最適化が必要となる。今回、研究期間は短かったが発現条件の最適化まで既に進めることができた。困難な点は仮にHSAが発現したとしても、HSAは多くのS-S結合で3次元立体構造を形成しているため、正確に3次元構造を取らせるための発現条件の最適化である。現在、正確な3次元構造を取っているHSAの発現は確認できており、大量発現への条件最適化の段階である。2に関しては７５％の重水素化蛋白質の大量発現を行い、その大腸菌破砕溶液をストックしてある。これから、サイズ選別を行い模倣系構築のためのサイズ別蛋白質ストックの構築方法の検討に入る段階である。また、75%αBクリスタリンの高濃度系＝水晶体模倣系を用いた中性子小角散乱測定は既に行った。現在、データ解析の段階である。3に関しては、重水素化率を指定したポリエチレングリコールの合成に成功しており。高分子クラウダーへの応用に進める段階である。これらはこれ間にない細胞模倣系を構築し中性子散乱技術を用いて任意の蛋白質を希薄系と同様の測定を目指す本計画における根幹をなす技術であり、これらの開発を順当に進める事が出来た。また、これらの技術は他の中性子小角散乱測定においても非常に有用であり、その広範囲での利用が期待される。
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    Date (from‐to) : 2017/04 -2019/03 
    Author : Yagi Maho; NISHIMURA katsuyuki; MURATA kazuyoshi; OKUMURA hisashi
     
    In order to obtain three-dimensional structural information of extension end of amyloid fibril toward to drug discovery, we attempted to characterize the amyloids formed under microgravity environment. Thioflavin T assay suggested amyloid fibrils formed more slowly in space than on the ground. Solid-state NMR and cryo-EM data showed the fibril structure formed under microgravity environment was different from that formed on the ground. Additionally, to understand the effects of the interface on oligomerization of Aβ, we performed MD simulations and NMR experiment for an Aβ40 monomer in the presence and absence of the hydrophilic/hydrophobic interface such as ganglioside membrane. We found that the hydrophobic residues of Aβ40 bound to the interface stably and Aβ40 formed a hairpin structure at the interface more readily than in bulk water. From these results, we discussed the acceleration mechanism of the oligomer formation at the interface.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
    Date (from‐to) : 2015/04 -2019/03 
    Author : Kato Koichi
     
    The proteasome, a major proteolytic machine comprising approximately 70 subunits, is one of the largest and most complicated biological supramolecular complexes. Assembly of these subunits is not an autonomous process but is assisted by a series of proteasome assembly chaperones. In this study, we focused on the α-ring, which is a core component of the proteasome. By using a multilateral structural biology approach combining various biophysical techniques, we successfully constructed precise three-dimensional models of the human α-ring intermediate complexes mediated by the assembly chaperones. These findings provide an important basis for the rational inhibitor design targeting the proteasome assembly system.
  • アミロイド線維の伸長末端の３次元構造情報に基づく重合機構の理解および創薬展開
    文部科学省：若手研究(B)
    Date (from‐to) : 2017/04 -2019/03 
    Author : 矢木真穂
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    Date (from‐to) : 2013/06 -2018/03 
    Author : Kato Koichi; YAGI Maho; YANAKA Saeko
     
    Biomolecules with complicated, flexible structures are self-organized through weak interactions giving rise to supermolecular complexes that adopt their own dynamic, asymmetric architectures. These processes are coupled with expression of integrated functions in the biomolecular systems. Toward an integrative understanding of the principles behind the biomolecular ordering processes, we integrated multidisciplinary approaches based on detailed analyses of dynamic structures and interactions of biomolecules at atomic level, in conjunction with the methodologies of molecular and cellular biology along with synthetic and computational techniques.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    Date (from‐to) : 2015/04 -2017/03 
    Author : YAGI Maho
     
    In this study, solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy has elucidated the membrane-induced conformation of amyloid (Aβ), in which the disordered N-terminal segment is followed by the stable C-terminal β strand. The data obtained in this project provides insights into the molecular processes of the conformational transition of Aβ coupled with its assembly into parallel β structures. Structural and kinetic analyses of the Flemish-type mutant (A21G) of Aβ(1-40) peptide were also performed in comparison with the wild type to examine the possible effects of the A21G mutation on the conformation of the Aβ(1-40) isoform. These findings suggest that the mutational perturbation to the membrane binding properties is coupled with the changes in nucleation behavior of Aβ during its fibril formation.
  • ガングリオシド糖脂質クラスター上におけるアミロイドβの構造転換の精密解析
    文部科学省：若手研究(B)
    Date (from‐to) : 2015/04 -2017/03 
    Author : 矢木真穂
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
    Date (from‐to) : 2012/10 -2015/03 
    Author : KATO Koichi; YAMAGUCHI Takumi; YAGI Hirokazu; SATOH Tadashi
     
    In this research project, we have elucidated the glycan-mediated mechanisms of biological functions through structural analyses of molecular complexes and thereby provided the groundwork for developing drugs targeting the carbohydrate recognition systems. In particular, we have revealed molecular mechanisms underlying the selective trafficking and degradation in glycoprotein-fate determination in cells. Furthermore, we have established technical basis for structural analyses of antibodies and thereby obtained solution structure information of these glycoproteins produced in various production vehicles, providing valuable insights into development of antibody drugs.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
    Date (from‐to) : 2012/04 -2014/03 
    Author : KATO Koichi; YAMAGUCHI Takumi; YAGI Maho; SATOH Tadashi
     
    Assembly of the eukaryotic 20S proteasome is not spontaneous self-organization but an ordered process involving several assembly chaperones, whereas that of the archaeal 20S proteasome involves spontaneous self-assembly. Recent genomic analysis identified archaeal homologs of the assembly chaperones, PbaA and PbaB. However, it remains unclear how such assembly chaperone-like proteins play an indispensable role in assembly of the proteasome subunit in archaea. This study revealed that PbaB actually functions as a proteasome activator. Furthermore, our integrative biochemical and biophysical approach including X-ray crystallography, electron microscopy, NMR spectroscopy, and small-angle neutron scattering provided mechanistic clues to the molecular action of the active complex formed between the PbaB homotetramer and 20S proteasome.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity start-up
    Date (from‐to) : 2011 -2012 
    Author : YAGI Maho
     
    To characterize the conformational dynamics of the active end of amyloid fibril, we attempted to design small-sized amyloid fibril models. We successfully prepared tandem repeats of amyloid β (Aβ) molecules as minimal models of the amyloid fibrils by genetic manipulation. It was revealed that the tandem-repeat Aβ was recognized by the specific antibody directed against the end point of Aβ amyloid fibrils and served as nucleus which promoted the amyloid fibrillization. Furthermore, we found that bacterial molecular chaperones and ganglioside-embedding bicelles could suppress formation of Aβ fibrils.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows
    Date (from‐to) : 2009 -2010 
    Author : 矢木 真穂
     
    本研究は、動体認識の場としての糖脂質の役割に着目し、単一分子としてではなく糖脂質の分子集合体としての構造情報を捉えることを目的としている。本年度は、ガングリオシドを含有した小型のバイセルおよびナノディスクを調製し、糖脂質クラスターの構造情報を抽出することを試みた。糖脂質クラスターの糖鎖-糖鎖間のトランス相互作用の検出に向けたアプローチとして、生化学的実験により糖鎖-糖鎖相互作用の存在が提唱されているGM3およびGg3に着目し、それらを組み込んだバイセルをそれぞれ調製した。両者の混合比を工夫してNMR解析を行った結果、GM3とGg3の糖鎖間の相互作用を反映するスペクトル変化を観測することに成功した。また、糖鎖-糖鎖間のシスの相互作用の検出に向けたアプローチとして、異なる2種類の糖脂質の脂質部分をリンカーで化学的に連結したアナログを作製した。現在NMR法を用いた精密な解析を実施中である。 一方、糖脂質クラスター上におけるタンパク質の相互作用様式に関して分子科学的に理解するため、そのモデル系としてのGM1クラスターとAβの相互作用解析に取り組んだ。ABがαヘリックス構造からβシート構造へと構造転移する過程に関する構造的知見を得るため、AβとGM1ミセルの量比を系統的に変化させ、チオフラビンT蛍光観測、放射光VUV-CD計測および部位特異的安定同位体標識法と組み合わせたNMR解析を行った。その結果、Aβはミセルの量比に応じたAβ-Aβ分子間相互作用を通じて、C末端の構造がβ様構造へと変化することが明らかとなった。これより、ガングリオシドクラスター界面という限定された空間の中にAβが高密度で存在する条件下において、特異的な分子内および分子間相互作用が誘起されることを初めて明らかとすることができた。また、AβのC末端とガングリオシドクラスターとの相互作用様式は、クラスターを形成する糖鎖部分の有無や構造の違い、またクラスター面の曲率や密度によって影響を受けることを示すことができた。本研究の成果は、糖脂質クラスターを舞台とする分子会合現象に関して初めて構造的基盤を与えるものであり、糖脂質クラスターが担う多種多様な生体認識現象の分子構造論的な理解を促すものと考えられる。

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