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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。
高解像度1分子観察を可能にするケミカルプローブの開発(古田 寿昭)
(1)超解像度顕微鏡で用いるための新しいケージドフルオロフォアの開発
生細胞内で任意のタンパク質をラベル化可能な,新しいケージドフルオロフォアの開発を目指した。キサンテン系蛍光色素としてフルオレセイン(黄緑色蛍光)とローダミン(赤色蛍光)を選び,Bhcmoc-caged fluorescein の合成に成功した。Bhcmoc-caged fluoresceinは,338 nmに吸収極大を持ち,生理的条件を模した緩衝溶液中,350 nm光照射によって定量的にpropargyl fluorescein を生成することを明らかにした。このときの光反応効率は500で,光照射によって100倍以上蛍光強度が増大することも確認した。
(2)高解像度in vivoイメージングを実現するケミカルプローブの開発
高い効率で2光子励起できるケージドホタルルシフェリンを開発し,生物発光による個体イメージングで3次元の空間分解能を得る新しいイメージング法に展開することを目指した。ホタルルシフェリンの4位のカルボキシル基をBhc基またはBmc基で保護して,Bhc-fLuciferin (Bhc-fLuc) およびBmc-fLucferin (Bmc-fLuc) をそれぞれ合成した。350 nm光照射でBmc-fLucからfLucが生成することを確認した。また,Ti-Sapphire レーザーを用いて2光子励起条件で光反応したところ,740 nm光照射におけるaction cross-sectionが0.7 GMの効率で光分解することも明らかにした。
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を確立し、in vitroでの性能評価をおこなっている。
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、活性を担う化合物の構造を推定した。
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、モデルペプチドを用いた有用性を評価をおこなっている。
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, 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22年度科学研究費補助金 基盤研究(B)  (研究課題番号:22310141)
 研究課題:動物個体内で遺伝子の機能を光制御する新手法の開発  (研究代表者:古田 寿昭)
 研究補助金:5500000円  (代表)
2.  平成22年度科学研究費補助金 新学術領域研究  (研究課題番号:22121520)
 研究課題:高解像度1分子観察を可能にするケミカルプローブの開発  (研究代表者:古田 寿昭)
 研究補助金:4500000円  (代表)
3.  平成22年度科学研究費補助金 新学術領域研究  (研究課題番号:221S0003)
 研究課題:脳機能プロービング研究支援活動(光技術)  (研究分担者:古田 寿昭)
 研究補助金:1000000円  (分担)
4.  平成22年度科学研究費補助金 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:1400000円  (代表)
5.  平成22年度科学研究費補助金 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)
6.  平成22年度文部科学省科学研究費 (若手(B))  (研究課題番号:22770113)
 研究課題:D-アスパラギン酸の合成と分解に関わる酵素の構造と機能  (研究代表者:後藤 勝)
 研究補助金:2210000円  (代表)
7.  平成22年度文部科学省科学研究費補助金 (基盤研究(B))  (研究課題番号:22350014)
 研究課題:二次非線形分光によるタンパク質の高次構造解析  (研究分担者:細井 晴子)
 研究補助金:1000000円  (分担)
8.  平成22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:600000円  (分担)
その他
1.  平成22年度東邦大学理学部奨励研究
 研究課題:ペプチドヘリックスの向きを調べるための架橋型色素の合成と評価  (研究代表者:渡邊 総一郎)
 研究補助金:1000000円  (代表)
2.  平成22年度東邦大学理学部奨励研究
 研究課題:タンパク質トポロジー決定法開発のための自己組織化単分子膜作製法の開発と評価  (研究代表者:細井 晴子)
 研究補助金:1000000円  (代表)
■ 教授・准教授・講師の学会・研究会の役員
1.  渡邊 総一郎 :日本化学会関東支部幹事・日本化学会関東支部代議員
■ 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          
 2
 
 
 
 
古田 寿昭   教授
博士(理学)
    4   1       2
(2)
 10
 1
 8
 
 
渡邊 総一郎   准教授
博士(理学)
              
 5
 
 
 1
 4
後藤 勝   講師
博士(理学)
 1   1          2
 
 
 
 
 
細井 晴子   講師
博士(理学)
    2          2
(1)
 2
 
 
 1
(1)
 3
 1 0  0 0  0  6
(3)
 1
(0)
 2
(1)
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)
         2
(2)
 1
 
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)
         2
(1)
 
 1
(1)
 1 0  0 0  0  6
(3)
 1
(0)
 2
(1)
(  ):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. 後藤 勝:  NMDA 受容体に作用する神経伝達物質D 体セリンを産出するセリンラセマーゼの結晶構造.  日本結晶学会誌  52 (2) :120-124 , 2010
2. W. Nomura, T. Narumi, N. Ohashi, Y. Serizawa, N. E. Lewin, P. M. Blumberg, T. Furuta, H. Tamamura:  Synthetic Caged DAG-lactones for Photochemically Controlled Activation of Protein Kinase C.  ChemBioChem  12 (4) :535-539 , 2011
3. M. Kayanuma, H. Hosoi , A. Furuya, Y. Masuda, K. Takano:  Ab initio molecular orbital study of dinitrobenzene radical anions.  Chemical Physics Letters  494 :139-143 , 2010
4. Yamaguchi S, Chen Y, Nakajima S, Furuta T, Nagamune T:  Light-activated gene expression from site-specific caged DNA with a biotinylated photolabile protection group.  Chemical communications (Cambridge, England)  46 (13) :2244-2246 , 2010
5. S. Mizukami, M. Hosoda, T. Satake, S. Okada, Y. Hori, T. Furuta, K. Kikuchi:  Photocontrolled Compound Release System Using Caged Antimicrobial Peptide.  Journal of the American Chemical Society  132 (28) :9524-9525 , 2010
6. A. Shigenaga, J. Yamamoto, Y. Sumikawa, T. Furuta, A. Otaka:  Development and photo-sensitive peptide bond cleavage reaction of two-photon near infrared excitation-responsive peptide.  Tetrahedron Letters  51 (21) :2868-2871 , 2010
7. S. Yamaguchi, H. Hosoi, M. Yamashita, P. Sen, and T. Tahara:  Physisorption Gives Narrower Orientational Distribution than Chemisorption on a Glass Surface: A Polarization-Sensitive Linear and Nonlinear Optical Study.  The Journal of Physical Chemistry Letters  1 :2662-2665 , 2010
8. Omi R, Kurokawa S, Mihara H, Hayashi H, Goto M, Miyahara I, Kurihara T, Hirotsu K, Esaki N.:  Reaction mechanism and molecular basis for selenium/sulfur discrimination of selenocysteine lyase.  The Journal of biological chemistry  285 (16) :12133-9 , 2010
■ 著書
1. 古田寿昭:  細胞の生理機能を光制御するCaged化合物.  生命現象を理解する分子ツール最前線  119-126.  化学同人,  日本, 2010
■ 学会発表
国内学会
1. ◎伊豆本幸恵,渡邊総一郎,三上真一,太虎林,長友重紀,山本泰彦: 軸配位子Metを含むループ領域の構造変化がシトクロムcの機能と熱安定性に与える影響.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
2. ◎奥泉 篤, 鈴木商信, 古田寿昭: 2光子励起に適したケージドルシフェリンの合成.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
3. ◎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.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
4. ◎寺岡 葵, 星田智子, 古田寿昭: 親和性タグを導入したケージング試薬の設計と合成.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
5. ◎松浦淳一, 岸 真梨子, 鈴木商信, 古田寿昭: ケージドペプチド核酸の光反応性.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
6. ◎上村康裕,田林沙織,山口祥一,田原太平,細井晴子,渡邊総一郎: ペプチドヘリックスの配向を決定するためのクロスリンカー色素の合成と評価.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
7. ◎真鍋香織, 鈴木商信, 古田寿昭: ターゲッティング機能を持つケージド化合物の合成.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
8. ◎浅場貴一, 鈴木商信, 古田寿昭: ケージドカルシウムキレーターの設計と合成.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
9. ◎大野浩平,岸本利彦,四方哲也,渡邊総一郎: 大腸菌高温適応過程で機能する相互作用分子の探索.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
10. ◎田山 亮, 竹内 佐年, 水野 秀昭, 宮脇 敦史, 田原 太平, 細井 晴子: GFP発色団モデル化合物における二光子吸収スペクトルの溶媒依存性.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
11. ◎鈴木文仁,渡邊総一郎,岸本利彦: rat GATF-Cの基質候補物質の合成と酵素活性解析による機能解析.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
12. ◎齊藤貴譜, 鈴木商信, 古田寿昭: 新規ケージドオリゴDNAの合成と光反応性.  日本化学会第91春季年会,  日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集,  2011/03
13. ◎T. Hoshida, A. Takada, M. jikko, A. Suzuki, T. Furuta: Molecular design of nucleotide-caging agents with high sequence selectivity.  BMB2010(第33回日本分子生物学会年会,第83回日本生化学会大会 合同大会),  神戸,  2010/12
14. ◎古田寿昭: 細胞の局所刺激を可能にするケージド化合物の開発(Photo-mediated manipulation of cellular signaling with high spatial resolution using caged compounds).  BMB2010(第33回日本分子生物学会年会,第83回日本生化学会大会 合同大会),  神戸,  2010/12
15. ◎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PLP依存性アスパラギン酸ラセマーゼの構造解析.  日本結晶学会,  大阪,  2010/12
16. ◎細井晴子: ヘテロダイン検出二次非線形分光法による膜タンパク質トポロジー決定の開発.  第33回溶液化学シンポジウムプレシンポジウム,  京都, 日本,  2010/11
17. ◎小東 陽, 薬師寿治, 足立収生, 松下一信, 後藤 勝: 酢酸菌Gluconobacterのグリセロール代謝関連酵素群の大量発現系構築とキャラクタリゼーション.  酢酸菌研究会第二回研究集会,  東京,  2010/11
18. ◎細井晴子, 山口祥一, 田林沙織, 双木泰斗, 上村康裕, 渡邊総一郎, 清水啓史, 田原太平: ヘテロダイン電子和周波発生分光法を用いたタンパク質トポロジー決定法の開発.  分子科学討論会,  大阪, 日本,  2010/09
19. ◎奥泉 篤,鈴木商信,古田寿昭: 新規ケージドルシフェリンの開発.  2010年光化学討論会,  千葉,  2010/09
20. ◎斉藤貴譜,鈴木商信,古田寿昭: ヌクレオシドのケージド化合物の合成と光反応性.  2010年光化学討論会,  千葉,  2010/09
21. ◎浅場貴一,鈴木商信,古田寿昭: 新しいケージドカルシウムキレーターの合成と光反応性.  2010年光化学討論会,  千葉,  2010/09
国際学会
1. ◎A. Okuizumi, A. Z. Suzuki, T. Furuta: Synthesis and photochemistry of new caged firefly luciferins.  2010 International chemical congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010),  Honolulu, USA,  2010/12
2. ◎A. Teraoka, T. Furuta: Synthesis of caged nucleotides having a biotin tag.  2010 International chemical congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010),  Honolulu, USA,  2010/12
3. ◎T. Asaba, A. Z. Suzuki, T. Furuta: Synthe sis and photochemistry of the new caged Ca2+ chelators.  2010 International chemical congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010),  Honolulu, USA,  2010/12
4. ◎T. Hoshida, T. Furuta: Development of a sequence selective nucleotide caging agent.  2010 International chemical congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010),  Honolulu, USA,  2010/12
5. ◎T. Saito, A. Z. Suzuki, T. Furuta: Chemo-enzymatic synthesis of caged oligonucleotides.  2010 International chemical congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010),  Honolulu, USA,  2010/12
6. ◎A. Teraoka, T. Furuta: Synthesis of Caged Nucleotides Having a Biotin Tag.  ICPOC20 (20th International Conference on Physical Organic Chemistry),  Busan, Korea,  2010/08
7. ◎K. Manabe, T. Furuta: Design and Synthesis of Multifunctional Caging Agents.  ICPOC20 (20th International Conference on Physical Organic Chemistry),  Busan, Korea,  2010/08
8. ◎T. Furuta, M. Kishi and J. Matsuura: Synthesis and Photochemistry of Caged Peptide Nucleic Acids.  ICPOC20 (20th International Conference on Physical Organic Chemistry),  Busan, Korea,  2010/08
9. ◎T. Hoshida, T. Furuta: Sequence-selective Nucleotide Caging with PNA-Bhc-diazo.  ICPOC20 (20th International Conference on Physical Organic Chemistry),  Busan, Korea,  2010/08
その他
1. ◎細井晴子: 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.  神戸大学自然科学系先端融合研究環 創製分子光科学セミナー,  神戸, 日本,  2010/07
2. ◎Shoi Yamauchi, Hideaki Yamagishi, Takuya Toyoshima, Keiko Yanai, Takashi Hasegawa, Kazuyuki Yanai, Soichiro Watanabe: Synthesis and Properties of New Crosslinking Reagents to Detect DNA-Protein Interaction.  The 4th High-Tech Research Center Symposium,  船橋, 日本,  2010/11
3. ◎Soichiro Watanabe, Haruko Hosoi, Yasuhiro Kamimura, Saori Tabayashi, Shoichi Yamaguchi, Tahei Tahara: Development of a crosslinking dye for HD-ESFG spectroscopic analysis of helical peptide orientation.  The 4th High-Tech Research Center Symposium,  船橋,日本,  2010/11
4. ◎Yasuhiro Kamimura, Megumi Yamashita, Shoichi Yamaguchi, Tahei Tahara, Haruko Hosoi, Soichiro Watanabe: Synthesis and Properties of a New Crosslinking Dye to Analyze Helical Peptides Orientation.  The 4th High-Tech Research Center Symposium,  船橋,日本,  2010/11
5. ◎Shoi Yamauchi, Hideaki Yamagishi, Takuya Toyoshima, Keiko Yanai, Takashi Hasegawa, Kazuyuki Yanai, Soichiro Watanabe: Synthesis and Properties of New Crosslinking Reagents to Detect DNA-Protein Interaction.  第7回 東邦大学3学部合同学術集会,  船橋, 日本,  2010/10
6. ◎Yasuhiro Kamimura, Megumi Yamashita, Shoichi Yamaguchi, Tahei Tahara, Haruko Hosoi, Soichiro Watanabe: Synthesis and Properties of a New Crosslinking Dye to Analyze Helical Peptides Orientation.  第7回 東邦大学3学部合同学術集会,  船橋,日本,  2010/10
  :Corresponding Author
  :本学研究者