2008年度
 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
水溶性クロロフィル結合タンパク質の構造化学的研究(内田 朗)
アブラナ科,アカザ科など一部の植物に含まれている水溶性クロロフィル結合タンパク質(WSCP)のX 線結晶構造解析を行っている。このタンパク質の生理的な機能はまだ明らかになっていないが,クロロフィル(Chl)代謝系においてChl のキャリアーとして機能しているのではないかと考えられている。WSCP は可視光照射により吸収スペクトルが変化するものとしないものに大別される。光変換性のないものとしてマメグンバイナズナ,ダイコンWSCP 等の構造を明らかにした。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。Chl はほとんど溶媒に露出していない。このことがWSCP 中のChl がフリーのChl に比べて光照射による一重項酸素の生成量がかなり低い理由であると考えられる。シロザ由来の光変換性をもつ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 を持つのは同じであるが,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。光変化がどのようなメカニズムで進行するのか現在検討中である。
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)
ケージドDNAを調製するには2つの方法が考えられる。全長DNAを適切なケージング試薬でランダムに修飾する方法と,化学合成したケージドプライマーから酵素的に伸長して全長のケージドDNAにする方法である。このうち,ランダム修飾による方法は,操作が簡単で試薬が手に入れば誰でも利用できる点と,適用できるDNAの配列に制限がないと考えられる点で優れている。しかし,これまでに報告されているランダム修飾によるケージドDNAは,光照射の前後で数倍程度の発現誘導の上昇しか実現できていなかった。そこで,EGFPおよびルシフェラーゼ発現プラスミドをモデル化合物に選び,Bhc-diazoによるDNAのケージングと,光照射によるアンケージング条件の最適化をはかった。その結果,SV40 oriを持つルシフェラーゼ発現ベクターpRL-SV40をBhc-diazoでケージングし,COS-7細胞に導入後にUV光を照射すると,未照射細胞に比べて100倍以上の発現上昇が実現できた。また,発現の絶対量も未修飾のプラスミドによる発現量の数%程度まで増加できることを確認した。今回開発したSV40oriを持つケージドプラスミドとSV40 large T 抗原発現細胞の組み合わせによる方法を用いると,光照射によって最高で300倍以上の発現効率の上昇が達成できることも明らかにした。これは,従来の方法が,ケージングによってプラスミドDNAからmRNAへの転写を光制御するのに対し,large T 抗原発現細胞では,1細胞内のコピー数が複製により飛躍的に上昇したことによる。すなわち,ランダム修飾によるケージングでDNAの複製を光制御可能なことを意味している。
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。本年度は、生細胞内で転写因子とDNAの結合部位を特定する唯一の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。モデル化合物の合成経路は確立したので、今後、架橋の長さを変えた種々のクロスリンカーの合成を検討するとともに、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いるが、まだその初期段階にあり、今後さらなる工夫が必要である。
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, 有機化学, 遺伝子の機能制御, 生体機能関連化学, DNA-タンパク相互作用, X線構造解析, 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20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:4000000円  (代表)
2.  平成20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:19021043)
 研究課題:多機能ケージド化合物の創成  (研究代表者:古田寿昭)
 研究補助金:2400000円  (代表)
3.  平成20年度文部科学省科学研究費補助金(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20年度文部科学省科学研究費補助金(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:1300000円  (代表)
5.  平成20 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.  東邦大学理学部促進研究
 研究課題:シロザ由来水溶性クロロフィル結合タンパク質の光誘起構造変化のメカニズム研究  (研究代表者:内田 朗)
 研究補助金:1000000円  (代表)
2.  平成20年度東邦大学理学部奨励研究
 研究課題:水晶発信子バイオセンサーを用いたnon-coding RNA特異的結合物検出の試み  (研究分担者:渡邊総一郎)
 研究補助金:300000円  (分担)
3.  平成20年度東邦大学理学部奨励研究
 研究課題:超高速時間分解分光法による蛍光タンパク質Azami-Greenの構造-機能相関の解明  (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
 1
 
 
 
古田 寿昭   教授
博士(理学)
    2       1   5
(3)
 4
 1
(1)
 
 3
 
渡邊 総一郎   准教授
博士(理学)
   1           
 1
 
 
 
 1
後藤 勝   講師
博士(理学)
    1          1
 2
 2
 3
 
 
細井 晴子   講師
博士(理学)
    3          1
 
 
 
 4
(2)
 
 0 1  0 0  1  7
(3)
 4
(1)
 7
(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
         
 1
 
古田 寿昭   教授
博士(理学)
       1  5
(3)
 1
(1)
 3
渡邊 総一郎   准教授
博士(理学)
  1       
 
 
後藤 勝   講師
博士(理学)
         1
 2
 
細井 晴子   講師
博士(理学)
         1
 
 4
(2)
 0 1  0 0  1  7
(3)
 4
(1)
 7
(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. 櫻井ルミ子,内田朗,服部徹太郎,山浦政則:  a-アミノニトリルジアステレオマーの配座解析.  日本コンピュータ化学会論文誌  7 (4) :117-124 , 2008
2. S. Watanabe:  Synthesis of fluorescent alkyl lactoside derivatives.  Carbohydr. Res.  343 :2325-2328 , 2008
3. Kawakami T, Cheng H, Hashiro S, Nomura Y, Tsukiji S, Furuta T, Nagamune T:  A Caged Phosphopeptide-Based Approach for Photochemical Activation of Kinases in Living Cells.  ChemBioChem  9 :1583-1586 , 2008
4. Kato K, Teraguchi R, Motodate S, Uchida A, Mochida T, Peganova T-A, Nikolai, Vologdind N-V, Akita H:  meso-Phbox-Pd(II) catalyzed tandem carbonylative cyclization of 1-ethynyl-1- propargyl acetate.  Chemcal communications  :3687-3689 , 2008
5. Katayama K, Tsukiji S, Furuta T, Nagamune T:  A bromocoumarin-based linker for synthesis of photocleavable peptidoconjugates with high photosensitivity.  Chemical Communications  (42) :5399-401 , 2008
6. Sakamaki T, Fujino T, Hosoi H, Tahara T, Korenaga T.:  Picosecond time-resolved fluorescence study of poly vinyl methyl ether aqueous solution.  Chemical Physics Letters  468 (4-6) :171-175 , 2009
7. Sakamaki T, Fujino T, Hosoi H, Tahara T, Korenaga T:  Solvation Structure of Polyacrylamide Fine Particle Surfaces Studied by Picosecond Time-resolved Fluorescence Spectroscopy.  Chemistry Letters  37 (9) :980-981 , 2008
8. Mandal D, Hosoi H, Chatterjee U, Tahara T.:  Direct observation of time-dependent photoluminescence spectral shift in CdS nanoparticles synthesized in polymer solutions.  The Journal of Chemical Physics  130 (3) :034902 , 2009
総説及び解説
1. Yoshimura T, Goto M.:  D-amino acids in the brain: structure and function of pyridoxal phosphate-dependent amino acid racemases.  The FEBS journal  275 (14) :3527-37 , 2008
■ 学会発表
国内学会
1. ◎大越優樹,山口哲志,築地真也,古田寿昭,長棟輝行: 機能性分子修飾を可能とする光分解性リンカーを用いたケージド核酸の開発.  日本化学会第89春季年会,  船橋,  2009/03
2. ◎古田寿昭,大室純子,中田真紀子,佐京 隼: Bmcmoc-ケージドペプチド核酸を用いた遺伝子の機能制御.  日本化学会第89春季年会,  船橋,  2009/03
3. ◎陳燕傑,山口哲志,築地真也,古田寿昭,長棟輝行: プラスミドの部位特異的ケージングによる遺伝子発現制御.  日本化学会第89春季年会,  船橋,  2009/03
4. ◎豊島拓也, 青木淳一, 平本隆祐, 谷口圭子・柳内和幸, 渡邊総一郎: DNA-タンパク相互作用検出のための新しいクロスリンカーの合成.  日本化学会第89春季年会,  船橋,  2009/03
5. ◎Furuta T, Shimizu M, Arai H, Anoyama Y, Kawamoto M, Kaneko C, Fukamauchi K: Spatio-temporal control of cellular chemistry using caged compounds.  第31回日本分子生物学会年会,第81回日本生化学会大会 合同大会,  神戸,  2008/12
6. ◎古田寿昭: 細胞の生理機能を制御して解析するケージド化合物.  日本薬学会関東支部第22回シンポジウム,  東京,  2008/11
7. ◎西口慶一,阿部文快,内田朗,三輪哲也,加藤千秋,佐藤孝子,久保田宗一郎,安井金也,大島範子,佐藤浩之,森下宗夫,五郎丸美智子,伊藤展枝,岡田光正: 深海性円口類乳酸脱水素酵素-Bの耐圧構造.  極限環境微生物学会,  東京,  2008/11
8. ◎芹澤雄樹, 野村 渉, 大橋南美, 奥田善章, 松本洋典, 堤 浩, 古田寿昭, 玉村啓和: 光分解性保護基を用いたジアシルグリセロール-ラクトン誘導体の合成と機能評価.  第45回ペプチド討論会,  東京,  2008/10
9. ◎大橋南美, 芹澤雄樹, 野村 渉, 堤 浩, 松本洋典, 奥田善章, 田中智博, 古田寿昭, 玉村啓和: 蛍光標識PKCおよび光制御型ケージドジアシルグリセロール誘導体の合成と機能評価.  第45回ペプチド討論会,  東京,  2008/10
10. ◎細井 晴子, 山口 祥一, 二本柳 聡史, 田原 太平: ヘテロダイン電子和周波発生(HD-ESFG)分光法の生体分子高次構造決定への適用.  第2回分子科学討論会,  福岡市,  2008/09
11. ◎古田寿昭: 生命システムの動的制御を可能にするケージド化合物の開発.  日本化学会第2回関東支部大会 (2008),  桐生,  2008/09
12. ◎吉村 徹, 奥田 啓太, 深田 はるみ, 邊見 久, 後藤 勝: ピリドキサルリン酸に依存する細菌の転写制御因子,GabRの構造と機能.  日本ビタミン学会第60回大会,  仙台,  2008/06
13. ◎後藤 勝, 吉村 基希, 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立体構造解析.  日本ビタミン学会第60回大会,  仙台,  2008/06
14. 後藤 勝, 広津 建, 外山博英, 足立収生, 松下一信, ◎宮原郁子: 酢酸菌由来膜結合型アルコール脱水素酵素の結晶構造解析.  第26回PFシンポジウム,  つくば,  2009/03
国際学会
1. ◎Goto M, Miyahara I, Hirotsu K, Kobayashi Y, Nakatsuka T, Toyama H, Adachi O, Matsushita K: Analysis of structure and function of membrane-bound alcohol dehydrogenase from acetic acid bacteria.  The 2nd International Conference on Acetic Acid Bacteria,  Nagoya, Japan,  2008/11
2. ◎Furuta T: Illuminating caged compounds for remote control of living cells.  11th International Symposium on Natural Product Chemistry,  Karachi, Pakistan,  2008/11
3. Goto M, Hirotsu K, Kobayashi Y, Nakatsuka T, Toyama H, Adachi O, Matsushita K, ◎Miyahara I: X-ray Structure of membrane-bound quinohemoprotein alchol dehydrogenase.  Second International Interdisciplinary Conference on Vitamins, Coenzymes and Biofactors,  GEORGIA, USA,  2008/10
4. ◎Yoshimura T, Okuda K, Hemmi H, Goto M, and Fukada H: Role of pyridoxal 5’-phosphate and gamma-aminobutyrate of GabR, a transcriptional regulator of Bacillus subtilis.  Second International Interdisciplinary Conference on Vitamins, Coenzymes and Biofactors,  GEORGIA, USA,  2008/10
5. ◎Uchida A: Water-soluble chlorophyll binding protein from Chenopodium album.  XXI Congress of the International Union of Crystallography (IUCr2008),  Osaka, Japan,  2008/08
6. ◎Goto M, Miyahara I, Hirotsu K, Kobayashi Y, Nakatsuka T, Toyama H, Adachi O, Matsushita K: Structure of membrane-bound quinoprotein alcohol dehydrogenase.  XXI Congress of the International Union of Crystallography (IUCr2008),  Osaka, Japan,  2008/08
7. ◎Miyahara I, Matsumura M, Goto M, Omi R, Hirotsu K, Mizuguchi H, Hayashi H: Structural study of putative aminotransferase from Thermus thermophilus HB8.  XXI Congress of the International Union of Crystallography (IUCr2008),  Osaka, Japan,  2008/08
その他
1. ◎細井晴子, 山口祥一, 二本柳聡史, 田原太平: ヘテロダイン電子和周波発生(HD-ESFG)分光法の膜タンパク質トポロジー決定への適用.  シンポジウム表面・界面を観る非線形分光の新しい展開,  埼玉県和光市,  2009/03
2. ◎細井晴子: 蛍光タンパク質の発光メカニズム:電子状態とダイナミクス.  シンポジウム分子アンサンブル2008,  埼玉県和光市,  2008/12
3. ◎細井晴子: 蛍光タンパク質の発光メカニズム:電子状態とダイナミクス.  第9回 大つくば物理化学セミナー,  千葉県安房郡,  2008/11
4. ◎ 豊島拓也,谷口圭子,柳内和幸,渡邊総一郎: DNA-タンパク相互作用検出のための新しいクロスリンカーの合成.  複合物性研究センターシンポジウム,  船橋,  2008/10
5. ◎古田寿昭: 遺伝子の機能発現を光制御するケージド化合物の開発.  東北大学多元研講演会,  仙台,  2008/05
6. ◎Haruko Hosoi: Fluorescence Mechanism of GFP: Electronic States and Dynamics.  Lecture at University of East Anglia,  Norwich, UK,  2009/03
  :Corresponding Author
  :本学研究者