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深紫外共鳴ラマン分光法を用いた細胞内分子のその場計測法の確立

Publicly Offered Research

Project AreaNovel measurement techniques for visualizing 'live' protein molecules at work
Project/Area Number 17H05869
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

中林 孝和  東北大学, 薬学研究科, 教授 (30311195)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywords紫外共鳴ラマン / ラマンスペクトル / 分子クラウディング / 細胞内の水 / 水素結合 / 電場効果 / 細胞内環境 / タンパク質 / ラマンイメージング / SOD1 / 深紫外ラマンスペクトル / 生細胞 / 同位体
Outline of Annual Research Achievements

(1) 細胞内への目的タンパク質の導入を行うリシール法について、今まで用いてきたストレプトリジンOではなく、リステリオリシンO によるリシールによる導入を行った。導入効率は低くなるが、細胞死の割合は減少し、色素修飾されたシニョリンタンパク質の導入を確認した。細胞内においてシニョリンと他のタンパク質を区別するために、シニョリンのトリプトファン残基をD化したシニョリンの合成を現在行っており、導入と紫外共鳴ラマンスペクトルの測定を検討している。
(2) 緩衝溶液内のシニョリンの分子クラウディング効果について、229 nmを励起光とする紫外共鳴ラマンスペクトルから検討した。トリプトファン残基の共鳴ラマンバンドについて、クラウディング剤の導入による系統的な強度増加が観測された。吸収およびCDスペクトルのクラウディング効果から、分子クラウディングによって構造変化が生じ、トリプトファン残基と他残基との相互作用が増加したことが原因であることが示唆された。
(3) 細胞のラマンバンドから、細胞内の分子クラウディングの量を反映する生体分子の濃度を定量できることを提案している。本年度は、ナノ秒パルス電場の印加による細胞内の生体分子の濃度について検討した。高電場の印加によって生体分子の濃度が減少するのに対し、低電場の印加では、生体分子の濃度が増加することがわかった。これらは電場印加によって水の流出入が生じ、体積変化が生じていることが原因である。細胞のラマンバンドから細胞の体積変化量を見積もれることがわかった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 11 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Experimental Evaluation of Density of Water in a Cell by Raman Microscopy2017

    • Author(s)
      Mizuki Takeuchi, Shinji Kajimoto, Takakazu Nakabayashi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 8 Issue: 21 Pages: 5241-5245

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.7b02154

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Studies in Water in a Cell by Raman Microscopy: New Parameter for Evaluating Intracellular Environment2018

    • Author(s)
      Takakazu Nakabayashi
    • Organizer
      12th International Symposium on Nanomedicine
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Label-Free Detection of Chemical Substances inside a Cell using Raman Imaging: Especially for the Detection of Water in a Cell2018

    • Author(s)
      Takakazu Nakabayashi
    • Organizer
      第41回日本分子生物学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Dynamic Response of Living Cells to Nanosecond Pulsed Electric Fields2018

    • Author(s)
      Takakazu Nakabayashi
    • Organizer
      The 15th International Conference on Flow Dynamics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 細胞の中の水:分光計測と細胞内環境の理解2018

    • Author(s)
      中林孝和
    • Organizer
      第12回分子科学討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Molecular mechanism of the acquisition of toxicity of SOD1: metal depletion and intracellular environment2018

    • Author(s)
      中林孝和
    • Organizer
      平成30年度化学系学協会東北大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Spectroscopic Techniques for Understanding Intracellular Environments: FLIM and Raman2018

    • Author(s)
      Takakazu Nakabayashi
    • Organizer
      Interhierarchical understanding of materials and life through molecular observation
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 分子分光学的手法の細胞内環境計測への応用2018

    • Author(s)
      中林孝和
    • Organizer
      分離機能とセンシング機能の化学セミナー2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞内模倣環境が誘起するSOD1の毒性獲得2018

    • Author(s)
      長尾知泉,高橋 旭,中林孝和
    • Organizer
      日本薬学会第138年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Direct Detection of Water inside a Living Cell using Raman Imaging Microscopy2017

    • Author(s)
      Takakazu Nakabayashi
    • Organizer
      11th Anniversary International Symposium on Nanomedicine (ISNM2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 細胞内環境を明らかにする分光学的手法の開発と薬学研究への展開2017

    • Author(s)
      中林孝和
    • Organizer
      日本薬学会東北支部第 39 回東北薬学セミナー
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子分光学的手法の細胞計測への応用:ナノ秒パルス電場効果を中心に2017

    • Author(s)
      中林孝和
    • Organizer
      仙台プラズマフォーラム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Spectroscopic and Photochemical Techniques for Understanding and Controlling Biological Systems2017

    • Author(s)
      Takakazu Nakabayashi
    • Organizer
      Tohoku University's Chemistry Summer School 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Acquisition of toxicity of SOD1 on mimicking crowding environment2017

    • Author(s)
      Asahi Takahashi, Takakazu Nakabayashi
    • Organizer
      11th Anniversary International Symposium on Nanomedicine (ISNM2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ラマンイメージングによる生細胞内の水の定量2017

    • Author(s)
      竹内瑞貴,梶本真司,李 黎明,中林孝和
    • Organizer
      第11回分子科学討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ラマンイメージングを用いて生細胞内の水の密度を測定する2017

    • Author(s)
      中林孝和,竹内瑞貴,梶本真司
    • Organizer
      化学反応経路探索のニューフロンティア2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 東北大学大学院薬学研究科生物構造化学分野研究トピックス

    • URL

      https://www.tohoku-biostructchem.com/blog

    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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