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 理学部 生物分子科学科 分子科学部門
 Division of Molecular Science

教授:
  内田 朗
  古田 寿昭
准教授:
  渡邊 総一郎
講師:
  後藤 勝
  細井 晴子
■ 概要
クロロフィル結合タンパク質の構造化学的研究(内田 朗)
生命現象において重要な役割を演じているタンパク質の機能は多岐にわたっており、構造も非常に複雑である。タンパク質の作用機序解明には、そのタンパク質の三次元構造が不可欠であり、その構造決定のためにX線結晶構造解析を行っている。現在、クロロフィル結合タンパク質の構造解析を中心に行っている。一部の植物には水溶性クロロフィルタンパク質(WSCP)と呼ばれる、光合成には関与していないクロロフィル結合タンパク質が存在している。生理的な機能は未知である。WSCP は可視光照射による光変化性の有無で二つに分けられる。光変換性のないWSCP はいずれも約20kDa のサブユニットがホモ4 量体を形成している。各サブユニットの表面に1 つのChl が結合しており,Chl は4 量体の分子内部でクラスターを形成している。一方、光変換性をもつシロザ由来のWSCP の構造もホモ4 量体であり,各サブユニットが1 つのChl を結合している。光変化性のないWSCPとは異なり、Chl はサブユニット中に存在しており,Chl 同士の相互作用は小さい。また、植物や藻類が光合成を行う際に光を集めるアンテナの役割をするLHC IIの構造解析にも取り組んでいる。
生命システムの動的解析を可能にする分子性プローブの開発(古田 寿昭)
細胞内では共通のシグナル伝達のストラテジーを用いているにもかかわらず,刺激が異なれば,それによって制御される細胞機能も異なる。これは,シグナリングに関与する分子の時空間動態の偏りに起因すると考えられるが,証明するのは容易ではない。ケージド化合物への光照射によって実現できる局所刺激は,生理的条件をできるだけ再現した刺激法だといえる。これを,実時間イメージングによるアプローチと併用すれば,従来の方法では得られない情報が得られる解析法になる。本年度は微小管の重合を安定化する分子,脂質性シグナル分子,セカンドメッセンジャー類のケージド化合物を合成した。このうち,ケージドジアシルグリセロールとケージドインヒビターペプチド用いると,哺乳動物培養細胞内のプロテインキナーゼの細胞内局在を光制御可能であることを明らかにした。次に,狙った一細胞内のキナーゼ活性を光制御可能か検討した。その結果,ケージドジアシルグリセロール(Bhcmoc-diC8)をバルクに加えた培養細胞のうち,405 nmレーザー光を照射した近傍の細胞だけに,PKCの細胞膜へのトランス ロケーションが観察された。この化合物は,一細胞内の局所のみにジアシルグリセロールを生成させることも可能で,T-細胞の細胞極性形成にジアシルグリセロールの局所濃度の上昇が必要かつ十分であることを証明する実験に用いることができた。また,新規ケージドNO分子が2光子励起でNOを発生できることと,その時の2光子励起効率を明らかにした。
生体機能を調べる/理解するための有機化学的研究(渡邊 総一郎)
生命現象を有機化学の立場から理解するための検討を、生命科学の研究者との共同研究を中心に進めている。
DNAの情報発現は細胞内に存在する転写因子によって制御されており、DNAと転写因子の相互作用を系統的に明らかにすることは、今後ますます重要となる。生細胞内で転写因子とDNAの結合部位を特定する有力な方法であるクロマチン免疫沈降法(ChIP法)の精度を格段に向上させることを目的として、特定の転写因子と、この転写因子が標的とするDNA配列を特異的に架橋する、新しいクロスリンカーの設計と合成をおこなった。数種類のクロスリンカーの合成経路は確立したので、今後、培養細胞を用いた性能評価をおこなっていく。
大腸菌の機能を制御する、クオラムセンシング機構に関わる有機化合物の単離と構造決定についても検討している。生理活性成分の分離・精製の検討をおこなっており、活性を保ったまま、ある程度精製がおこなえることが分かってきた。
また、ペプチドのトポロジーを調べるための新しい色素分子の開発もおこなっている。モデル色素の設計・合成を終えたので、今後その有用性を評価していく。
ビタミンを補酵素とする酵素タンパク質の構造と機能の相関の解明(後藤 勝)
X 線結晶解析の手法を用いてタンパク質の構造を決定し,得られた立体構造から,タンパク質の持つ機能との相関を明らかにする研究をしています。最近のテーマの一つは,細菌のペリプラズムで行われている酸化発酵に関わる膜タンパク質の構造解析を行うことです。酸化発酵は,炭素源やエネルギー源を,好気的なTCA サイクルが二酸化炭素まで完全に酸化するのとは異なり,中間体である有機酸までしか酸化しない経路です。この酸化発酵は,得られるエネルギーは少ないのですが,他の生物が利用しにくい有機酸を合成することで,自身の生育に有利に働くという面があります。この酸化発酵という電子伝達系を担う膜タンパク質のなかに,いまだ議論は決着していませんが,新規のビタミンかといわれているピロロキノリンキノン(PQQ)を補酵素とする酵素(キノプロテイン)が幾つかあり,それぞれの触媒機能と電子伝達機構の解明のために,立体構造の決定が待ち望まれています。そこで,それら膜タンパク質であるキノプロテインの構造解析を目指して研究しています。最近,その中の一つである酢酸菌の表在性膜タンパク質であるアルコール脱水素酵素の構造を決定することができました。
レーザー分光法を用いたタンパク質の機能解析(細井 晴子)
蛍光タンパク質による細胞のイメージングは21世紀の生命科学分野における最先端技術の一つである。蛍光タンパク質によるイメージング技術は非常に発展しているが、その基礎となる蛍光タンパク質の分子論的理解は充分に進んでいるとはいえない。そこで、超短パルスを用いたさまざまな新しい分光手法を用いて。蛍光タンパク質の発光メカニズムや電子状態の研究を行っている。今年度は、イシサンゴ由来の緑色蛍光タンパク質であるAzami-Green (AG)の発光メカニズムを、ピコ秒時間分解蛍光測定により明らかにした。その結果、同じタンパク質の発光メカニズムが、その高次構造の違いだけで変化することが明らかになった。本研究から、蛍光タンパク質の発光メカニズムにはさまざまなバリエーションがある可能性が示唆された。
■ Keywords
タンパク質構造解析, 水溶性クロロフィルタンパク質, ケージド化合物, ケミカルバイオロジー, 細胞内シグナル伝達, 有機化学, 生体機能関連化学, DNA-タンパク相互作用, タンパク質, ビタミン, 蛍光タンパク質, レーザー分光
■ 当該年度の研究費受入状況
1.  平成21年度文部科学省科学研究費補助金 (特定領域研究)  (研究課題番号:20016024)
 研究課題:生命システムの動的理解を可能にする分子性プローブの開発  (研究代表者:古田寿昭)
 研究補助金:3500000円  (代表)
2.  平成21年度文部科学省科学研究費 (基盤研究(C))  (研究課題番号:215501645)
 研究課題:DNA−タンパク質相互作用検出のための新規なクロスリンカーの開発  (研究代表者:渡邊総一郎)
 研究補助金:1200000円  (代表)
3.  平成21年度文部科学省科学研究費 (基盤研究(C))  (研究課題番号:20570225)
 研究課題:耐熱進化時に発現する新規クオラムセンシング機構の解析  (研究分担者:渡邊総一郎)
 研究補助金:300000円  (分担)
4.  平成21年度文部科学省科学研究費 (基盤研究(C))  (研究課題番号:19579003)
 研究課題:枯草菌のGABA代謝に関与する酵素の構造と機能  (研究代表者:後藤勝)
 研究補助金:1170000円  (代表)
5.  平成21年度文部科学省科学研究費補助金 (特定領域研究)  (研究課題番号:19056009)
 研究課題:極限的分光計測による複雑系高次分子機能の研究  (研究分担者:細井晴子)
 研究補助金:1000000円  (分担)
その他
1.  平成21年度東邦大学理学部奨励研究
 研究課題:時間分解蛍光測定による蛍光タンパク質Cameleonの機能解明  (研究代表者:細井晴子)
 研究補助金:1000000円  (代表)
■ 教授・准教授・講師の公的役職
1.  古田寿昭 :文部科学省研究振興局 学術調査官
■ 当該年度研究業績数一覧表
研究者名 刊行論文 著書 その他 学会発表 その他
発表
和文英文 和文英文 国内国際
















内田 朗   教授
理学博士
    1          
 1
 
 
 
 1
古田 寿昭   教授
博士(理学)
    4  1        1
(1)
 5
 
 1
 
 4
(2)
渡邊 総一郎   准教授
博士(理学)
   1           
 2
 
 
 1
 1
後藤 勝   講師
博士(理学)
   1 1          1
 
 
 
 1
 2
細井 晴子   講師
博士(理学)
 1             
 1
 
 
 2
(2)
 
 1 2  1 0  0  2
(1)
 0
(0)
 4
(2)
研究者名 刊行論文 著書 その他 学会発表 その他
発表














内田 朗   教授
理学博士
         
 
 
古田 寿昭   教授
博士(理学)
    1     1
(1)
 
 
渡邊 総一郎   准教授
博士(理学)
  1       
 
 1
後藤 勝   講師
博士(理学)
  1       1
 
 1
細井 晴子   講師
博士(理学)
 1        
 
 2
(2)
 1 2  1 0  0  2
(1)
 0
(0)
 4
(2)
(  ):発表数中の特別講演、招請講演、宿題報告、会長講演、基調講演、受賞講演、教育講演(セミナー、レクチャーを含む)、シンポジウム、パネル(ラウンドテーブル)ディスカッション、ワークショップ、公開講座、講習会 (  ):発表数中の特別講演、招請講演、宿題報告、会長講演、基調講演、受賞講演、教育講演(セミナー、レクチャーを含む)、シンポジウム、パネル(ラウンドテーブル)ディスカッション、ワークショップ、公開講座、講習会
■ 刊行論文
原著
1. Hishikawa K, Nakagawa H, Furuta T, Fukuhara K, Tsumoto H, Suzuki T, Miyata N:  Multiple bond-conjugated photoinduced nitric oxide releaser working with two-photon excitation.  Bioorganic & medicinal chemistry letters  20 (1) :302-305 , 2010
2. Tsutsui H, Shimizu H, Mizuno H, Nukina N, Furuta T, Miyawaki A:  The E1 mechanism in photo-induced beta-elimination reactions for green-to-red conversion of fluorescent proteins.  Chemistry & biology  16 (11) :1140-1147 , 2009
3. Yamauchi T, Goto M, Wu HY, Uo T, Yoshimura T, Mihara H, Kurihara T, Miyahara I, Hirotsu K, Esaki N.:  Serine racemase with catalytically active lysinoalanyl residue.  Journal of biochemistry  145 (4) :421-4 , 2009
4. Hishikawa K, Nakagawa H, Furuta T, Fukuhara K, Tsumoto H, Suzuki T, Miyata N:  Photoinduced nitric oxide release from a hindered nitrobenzene derivative by two-photon excitation.  Journal of the American Chemical Society  131 (22) :7488-7489 , 2009
5. Quann EJ, Merino E, Furuta T, Huse M:  Localized diacylglycerol drives the polarization of the microtubule-organizing center in T cells.  Nature Immunology  10 (6) :627-635 , 2009
6. Watanabe S, Komori A, Saito M, Uchida A:  Preparation and reaction of uracil substituted cyclen and cyclam: formation of tricyclic guanidinium and dihydroimidazolium salts.  Tetrahedron  66 (6) :1196-1201 , 2010
7. Goto M, Yamauchi T, Kamiya N, Miyahara I, Yoshimura T, Mihara H, Kurihara T, Hirotsu K, Esaki N.:  Crystal structure of a homolog of mammalian serine racemase from Schizosaccharomyces pombe.  The Journal of biological chemistry  284 (38) :25944-52 , 2009
総説及び解説
1. 細井晴子, 山口祥一, 田原太平:  超短パルスレーザーを用いた先端的分光計測による蛍光タンパク質の発光機構の研究.  レーザー研究  37 (10) :734-738 , 2009
■ 著書
1. 古田寿昭:  多機能ケージド化合物の開発.  シングルセル解析の最前線  49-55.  シーエムシー出版,  東京, 2010
■ 学会発表
国内学会
1. ◎岸 真梨子, 鈴木商信, 松浦淳一, 古田寿昭: 核酸塩基を保護したケージドペプチド核酸の合成と光反応性.  日本化学会第90春季年会,  大阪,  2010/03
2. ◎山本 純, 住川栄健, 重永 章, 古田寿昭, 大高 章: 近赤外二光子励起応答型ペプチドの開発およびその光反応性の測定.  日本化学会第90春季年会,  大阪,  2010/03
3. ◎寺岡 葵, 星田智子, 真鍋香織, 古田寿昭: 分子認識タグを導入したケージドヌクレオチドの合成.  日本化学会第90春季年会,  大阪,  2010/03
4. ◎山内翔偉, 山岸英明, 豊島拓也, 柳内圭子, 長谷川貴士, 柳内和幸, 渡邊総一郎: DNA-タンパク相互作用検出を目指した新しい架橋剤の合成と性質.  日本化学会第90春季年会,  大阪,  2010/03
5. ◎上村康裕, 山下めぐみ, 山口祥一, 田原太平, 細井晴子, 渡邊総一郎: ペプチドへリックスの配向を調べるための新しい架橋型色素の合成と性質.  日本化学会第90春季年会,  大阪,  2010/03
6. ◎一瀬貴幸, 内田朗: オオハネモ由来LHC-IIの結晶化.  日本結晶学会,  西宮市, 日本,  2009/12
7. ◎後藤 勝、吉村 基希、阿部 勝正、高橋 祥司、解良 芳夫、山田 良平、広津 建: アカガイ由来アスパラギン酸ラセマーゼのX線結晶構造解析.  第82回日本生化学会大会,  神戸,  2009/10
8. ◎Ohmuro J, Fukamauchi K, Furuta T: Photoactivated gene manipulation using Bhc-caged plasmid DNAs in mammalian cells.  The 32nd Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan,  Yokohama,  2009/12
9. ◎Teraoka A, Manabe K, Hoshida T, Murakoshi K, Furuta T: Modular caged nucleotides: design, synthesis and their use.  The 32nd Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan,  Yokohama,  2009/12
10. ◎Furuta T: Designing New Caged Probes for Photomanipulation.  Neuroscience 2009 (The 32nd Annual Meeting , the Japan Neuroscience Society),  Nagoya,  2009/09
国際学会
1. ◎Yamamoto J, Shigenaga A, Sumikawa Y, Furuta T, Otaka A: Development of near-infrared two-photon excitation responsive peptide bond cleavage device and examination of its photo-reactivity.  3rd Asia-Pacific International Peptide Symposium,  Korea,  2009/11
その他
1. ◎小東 陽,薬師 寿治,足立 収生,松下 一信,後藤 勝: Gluconobacter oxydansのグリセロール代謝関連酵素群の構造解析に向けた大量発現系の構築.  酢酸菌研究会第一回研究集会,  東京,  2009/11
2. ◎Haruko Hosoi: ヘテロダイン検出二次非線形分光法の膜タンパク質トポロジー決定への適用.  第7回ミニ公開シンポジウム「イオンチャネルの構造ダイナミクスII」,  福井県福井市,  2009/09
3. ◎後藤 勝,宮原郁子,広津 建: 高度好熱菌由来N-Acetyl--glutamyl-phosphate reductaseの立体構造.  高度好熱菌丸ごと1匹プロジェクト第8回連携研究会,  播磨,  2009/08
4. ◎臼井 舞,後藤 勝,佐藤 浩之,山内 貴恵,三原 久明,栗原 逹夫,江崎 信芳,宮原 郁子,広津 建: 高度好熱菌Thermus thermophilus HB8由来Threonine dehydratase変異体の作成.  高度好熱菌丸ごと1匹プロジェクト第8回連携研究会,  播磨,  2009/08
5. ◎Furuta T, Teraoka A, Hoshida T, Manabe K, Murakoshi K: Modular caged compounds: design, synthesis and their use.  International Symposium on "Multifunctional Organic Materials and Devices,  Funabashi,  2009/12
6. ◎Kishi M, Matsuura J, Furuta T: Synthesis and photochemistry of caged peptide nucleic acids.  International Symposium on "Multifunctional Organic Materials and Devices",  Funabashi,  2009/12
7. ◎Ohmuro J, Fukamauchi K, Furuta T: Photoactivated gene manipulation using Bhc-caged plasmid DNAs in mammalian cells.  International Symposium on "Multifunctional Organic Materials and Devices",  Funabashi,  2009/12
8. ◎Toyoshima T, Yanai K, Hasegawa T, Yanai K, Watanabe S: Synthesis of a new cross-linker to detect DNA-protein interaction.  International Symposium on Multifunctional Organic Materials and Devices,  Funabashi, Japan,  2009/12
9. ◎Watanabe S, Komori A, Saito M, Uchida A: Preparation and reactions of uracil-substituted azamacrocycles.  International Symposium on Multifunctional Organic Materials and Devices,  Funabashi, Japan,  2009/12
10. ◎Haruko Hosoi: Emission Mechanism of Fluorescent Proteins studied by Advanced Laser Spectroscopy.  Symposium Molecular Ensemble 2009,  Saitama, Japan,  2009/12
11. ◎古田寿昭: 細胞の生理機能を光制御するケージド化合物の設計と合成.  第13回ハイテク・リサーチ・センター研究発表会(神奈川大学),  神奈川,  2009/06
  :Corresponding Author
  :本学研究者