転写・翻訳反応のＱＣＭ法による時空間的解析

• Project/Area Number: 22225005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Chemistry related to living body
• Research Institution: Yamagata University (2011-2013); Tokyo Institute of Technology (2010)
• Principal Investigator: 岡畑 惠雄 (岡畑 恵雄) 山形大学, 理工学研究科, 教授 (80038017)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古澤 宏幸 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (60345395) ; 高橋 俊太郎 甲南大学, 付置研究所, 講師 (40456257)
• Project Period (FY): 2010-05-31 – 2014-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥152,100,000 (Direct Cost: ¥117,000,000、Indirect Cost: ¥35,100,000); Fiscal Year 2013: ¥32,760,000 (Direct Cost: ¥25,200,000、Indirect Cost: ¥7,560,000); Fiscal Year 2012: ¥32,760,000 (Direct Cost: ¥25,200,000、Indirect Cost: ¥7,560,000); Fiscal Year 2011: ¥42,380,000 (Direct Cost: ¥32,600,000、Indirect Cost: ¥9,780,000); Fiscal Year 2010: ¥44,200,000 (Direct Cost: ¥34,000,000、Indirect Cost: ¥10,200,000)
• Keywords: 水晶発振子 / QCMバイオセンサー / 翻訳反応 / 翻訳開始機構 / 翻訳増強配列 / リボソーム / mRNA / タンパク質 / QCM / 翻訳速度 / ｍRNA / 質量変化 / 翻訳効率 / 水晶発振子(QCM

Research Abstract

本研究の目的は、微量天秤として知られる水晶発振子マイクロバランス（QCM）をバイオセンサーとして用い、生体内タンパク質合成反応である翻訳反応の定量的な解析および機構解明を行うことである。従来ではこうした翻訳反応の研究ではラジオアイソトープでラベル化されたアミノ酸を用いて生成したタンパク質量を電気泳動法で確認するといった手法が用いられており反応の「その場」観察は困難であったが、QCM装置を適用することで生成した産物の「その場」観察が可能になると期待できる。
昨年度までに、センサー表面上に固定されたレセプター分子により翻訳反応でリボソームから生成されたタンパク質を補足し、その生成量を質量増分として定量的にモニターできること、その翻訳速度は1分間に11アミノ酸程度であることを明らかにしてきた。
本年度は、翻訳反応の律速段階であると言われている翻訳開始過程の機構を明らかにすることを目指し、mRNA上に結合しまた一方で迅速にスライドしなければならないリボソームの相反するmRNAとの相互作用において、翻訳量を増加させることが知られているRNA上の特異な翻訳増強配列が翻訳開始時にリボソームをmRNAから解離しやすくし、スムーズにペプチド伸長過程へと移行させていることを明らかにした。これは本研究の特色であるQCM装置の「その場」観察が可能な利点を活かし翻訳反応の詳細な動的観察から初めて明らかにされたことであり、米国化学会誌（JACS）にその成果を発表した。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Arginine Arrangement of Bacteriophage λ N-Peptide Plays a Role as a Core Motif in GNRA Tetraloop RNA Binding (2014)
  • Author(s): H. Furusawa, S. Fukusyo, and Y. Okahata
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 15 Issue: 6 Pages: 865-871
  • DOI: 10.1002/cbic.201300809
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Translation Enhancer Improves the Ribosome Liberation from Translation Initiation (2013)
  • Author(s): S. Takahashi, H. Furusawa, T. Ueda, and Y. Okahata
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 135 Issue: 35 Pages: 13096-13106
  • DOI: 10.1021/ja405967h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanism of Thiol-Disulfide Exchange Reactions between DsbA and DsbB over a Wide pH Range (2013)
  • Author(s): K. Yazawa, H. Furusawa, and Y. Okahata
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 42 Issue: 3 Pages: 241-243
  • DOI: 10.1246/cl.2013.241
  • NAID: 10031155766
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real-time Monitoring of Intermediates Reveals the Reaction Pathway in the Thiol-Disulfide Exchange between Disulfide Bond Formation Protein A (DsbA) and B (DsbB) on a Membrane-immobilized Quartz Crystal Microbalance (QCM) System (2013)
  • Author(s): K. Yazawa, H. Furusawa, and Y. Okahata
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 288 Issue: 50 Pages: 35969-35981
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.519876
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Monitoring and Kinetic Analysis of the Molecular Interactions by Which a repress Protein, PhaR, Binds to Target DNAs and poly[R-3-hydrocybutyrate] (2013)
  • Author(s): M. Yamada, S. Takahashi, Y. Okahata, Y. Doi, and K. Numata
  • Journal Title: AMB Express Volume: 3 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1186/2191-0855-3-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Importance of the physicochemical properties of fluorescence dyes for obtaining target-specific in vivo images by membrane-permeable macromolecular imaging probes (2013)
  • Author(s): Kuchimaru T, Kadonosono T, Corona C, Dwight SJ, McDougall M, Takahashi S, Mori T, Okahata Y, Kizaka-Kondoh S
  • Journal Title: J Pharmacol Tech Drug Res Volume: 2:3 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.7243/2050-120x-2-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Kinetic Monitoring of Site-Directed Mutational β-Amylase Catalysis on a 27-MHz QCM (2012)
  • Author(s): T. Mori, M. Shibata, T. Nihira, B. Mikami, and Y. Okahata
  • Journal Title: J. Mol. Cat B: Enzyme Volume: 82 Pages: 121-128
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real-time monitoring of step-wise transcription reaction on a quartz-crystal microbalance reveals how RNA polymerase regulates its activity (2012)
  • Author(s): S. Takahashi, K. Hisanaga, A. Yoshida, and Y. Okahata
  • Journal Title: Anal. Biochem. Volume: 421 Pages: 732-741
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In situ monitoring of a trace intermediate during DNA phosphorylation by T4 polynucleotide kinase for transient kinetic studies (2012)
  • Author(s): H. Furusawa, K. Uemura, H. Yoshimine, and Y. Okahata
  • Journal Title: Analyst Volume: 137 Pages: 1334-1337
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetics of Iterative Carbohydrate Transfer to Polysaccharide Catalyzed by Chondroitin Polymerase on a Highly Sensitive Flow-Type 27 MHz Quartz- Crystal Microbalance (2012)
  • Author(s): T. Mori, T. Kodera, H. Yoshimine, Y. Kakuta, N. Sugiura, K．Kimata, and Y. Okahata
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 18 Pages: 7388-7393
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Traveling time of a translating ribosome along mRNA monitored directly on a quartz crystal microbalance (2012)
  • Author(s): S. Takahashi, K. Tsuji, T. Ueda, and Y. Okahata
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 134 Pages: 6793-6800
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adsorption behaviors of recombinant E-cadherin-IgG Fc fusion protein on polystyrene surface (2012)
  • Author(s): S. Sakai, J. Kim, B. Hexig, Y. Okahata, C.S. Cho, and T. Akaike
  • Journal Title: Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, Volume: 42 Pages: 137-140
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single Molecular Enzymatic Elongation of Hyaluronan Polymers visualized by High-Speed Atomic Force Microscopy (2012)
  • Author(s): T. Mori, A. Hirose, T. Hagiwara, M. Ohtsuka, Y. Kakuta, K. Kimata, and Y. Okahata
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc., Volume: 134 Pages: 20254-20257
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polymer nanoparticle-protein interface. Evaluation of the contribution of positively charged functional groups to protein affinity (2012)
  • Author(s): Y. Yonamine, K. Yoshimatsu, S. H. Lee, Y. Hoshino, Y. Okahata, and K. J. Shea
  • Journal Title: ACS Appl. Mater. Interface, Volume: 5 Pages: 374-379
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetic Studies of Dextransucrase Enzyme Reactions on a Substrate- or Enzyme-Immobilized 27-MHz Quartz-Crystal Microbalance (2011)
  • Author(s): T, Nihira, T. Mori, M. Asakura, and Y. Okahata
  • Journal Title: Langmuir Volume: 27 Pages: 2107-2111
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single-Molecule Force Spectroscopy for Studying Kinetics of Enzymatic Dextran Elongations (2011)
  • Author(s): T. Mori, M. Asakura, and Y. Okahata
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 133 Pages: 5701-5703
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Small Mass-Change Detectable Quartz Crystal Microbalance and Its Application to Enzymatic One-Base Elongation on DNA (2011)
  • Author(s): H. Yoshimine, T. Kojima, H. Furusawa, and Y. Okahata
  • Journal Title: Anal. Chem. Volume: 83 Pages: 8741-8747
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Covalent Modification of DNA with Azetidinium Lipids (2010)
  • Author(s): Y.Yonamine, T.Kawasaki, Y.Okahata
  • Journal Title: Chem.Lett. Volume: 39 Pages: 84-85
  • NAID: 10027176838
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vertically-Aligned Multilayer Films of Monodispersed Helical Polypeptides with Micrometer Thickness via Simple Cast (2010)
  • Author(s): K.Kishihara, M.Naito, Y.Okahata
  • Journal Title: Langmuir Volume: 26 Pages: 9166-9169
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetic Analyses of Bindings of Shiga-like Toxin to Clustered and Dispersed Gb3 Glyco-Arrays on a Quartz-crystal Microbalance (2010)
  • Author(s): T.Mori, T.Otsuka, Y.Okahata
  • Journal Title: Langmuir Volume: 26 Pages: 14118-14125
  • Peer Reviewed
• [Presentation] mRNA配列に制御された翻訳終結反応の解析 (2012)
  • Author(s): ○高橋 俊太郎、上田 拓也、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第１４回日本ＲＮＡ学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 翻訳反応解析(1)終結過程の動力学解析 (2011)
  • Author(s): 高橋俊太郎、日下部峻斗、岡畑惠雄
  • Organizer: 第92回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] 翻訳反応解析(2)タンパク質シークエンスの効果 (2011)
  • Author(s): 日下部峻斗、高橋俊太郎、岡畑惠雄
  • Organizer: 第92回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] 翻訳反応解析(3)伸長過程のダイナミクス (2011)
  • Author(s): 廣瀬敦、高橋俊太郎、岡畑惠雄
  • Organizer: 第92回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] キチナーゼ修飾探針を用いたAFMフォースマッピングによるキチンフィルムへの結合・分解挙動の直接観察
  • Author(s): ○宍戸 啓介、森 俊明、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第62会高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館
• [Presentation] ベロ毒素修飾探針を用いたAFM フォースマッピングによる脂質膜中におけるGb3 セラミドの分布観察
  • Author(s): ○森 俊明、小泉 翔平、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第62会高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館
• [Presentation] 水晶発振子を用いた大腸菌ジスルフィド結合形成システムの機構解明
  • Author(s): ○矢澤 健二郎、古澤 宏幸、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第23回バイオ高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学
• [Presentation] 全反射蛍光顕微鏡を用いたDNA支持型脂質膜上での膜タンパク質の動的挙動解析
  • Author(s): ○古澤 宏幸、辻 健太郎、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第23回バイオ高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学
• [Presentation] 水晶発振子アドミッタンス法を用いるRNA鎖の動的構造変化の追跡
  • Author(s): ○古澤 宏幸、春原 有美子、吉田 亜矢、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第62回高分子討論会
  • Place of Presentation: 金沢大学
• [Presentation] 水晶発振子アドミッタンス法を用いるHfqのRNAシャペロン活性の動的解析
  • Author(s): ○古澤 宏幸、吉田 亜矢、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第７回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Analyses of Biomolecular Interface by QCM
  • Author(s): ○Yoshio Okahata and Hiroyuki Furusawa
  • Organizer: International Symposium for the 70th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Invited
• [Presentation] A New Method to Analyze Enzyme Reactions using a 27-MHz QCM
  • Author(s): ○Yoshio Okahata
  • Organizer: International Symposium for the 70th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Invited
• [Presentation] 全反射蛍光顕微鏡を用いたDNA二重鎖形成の一分子観察（１）
  • Author(s): ○古澤 宏幸、矢澤 健二郎、岡畑 惠雄
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] 全反射蛍光顕微鏡を用いたDNA二重鎖形成の一分子観察（２）
  • Author(s): ○矢澤 健二郎、古澤 宏幸、岡畑 惠雄
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] QCM法を用いた翻訳フレームシフトの動力学解析
  • Author(s): ◯宍戸 啓介、高橋 俊太郎・岡畑 惠雄
  • Organizer: 第22回バイオ・高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学先端研
• [Presentation] 翻訳速度に依存した翻訳異常終結の評価
  • Author(s): ○廣瀬 敦、高橋 俊太郎、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第６回バイオ関連化学合同シンポジウム２０１２
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] 翻訳速度と翻訳異常終結の関連性評価
  • Author(s): ○廣瀬 敦、高橋 俊太郎、上田 拓也、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第１４回日本ＲＮＡ学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 翻訳フレームシフトの動力学
  • Author(s): ○宍戸 啓介、高橋 俊太郎、（東大新領域）上田 拓也、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第１４回日本ＲＮＡ学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 翻訳反応解析（１） 終結過程の動力学解析
  • Author(s): ○高橋 俊太郎、日下部 峻斗、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第92回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学
• [Presentation] 翻訳反応解析（２） タンパク質シークエンスの効果
  • Author(s): ○日下部 峻斗、高橋 俊太郎、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第92回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学
• [Presentation] 翻訳反応解析（３） 伸長過程のダイナミクス
  • Author(s): ○廣瀬 敦、高橋 俊太郎、岡畑 惠雄
  • Organizer: 第92回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学
• [Book] バイオセンシングのための水晶発振子マイクロバランス法―原理から応用例まで (2013)
  • Author(s): 岡畑 惠雄
  • Total Pages: 320
  • Publisher: 講談社
• [Remarks] 岡畑・古澤研究室
  • URL: http://okahata-furusawa-lab.yz.yamagata-u.ac.jp/okahata-furusawa-lab/Top_Page.html
• [Remarks] 岡畑・古澤研究室
  • URL: http://okahata-furusawa-lab.yz.yamagata-u.ac.jp/okahata-furusawa-lab/Top_Page.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.okahata-lab.bio.titech.ac.jp/Okahata_Mori_Lab/Top_Page.html