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レーザー脱離法による生体分子高次構造の生成と赤外振動スペクトルによる構造解析

Publicly Offered Research

Project AreaMolecular Science for Supra Functional Systems ? Development of Advanced Methods for Exploring Elementary Process
Project/Area Number 22018023
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionYokohama City University

Principal Investigator

三枝 洋之  横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科, 教授 (90162180)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000)
Fiscal Year 2011: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2010: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Keywords核酸塩基ヌクレオチド / レーザー脱離法 / 超音速ジェット法 / 赤外振動スペクトル / 非調和振動計算
Research Abstract

DNAやRNAは、核酸塩基ヌクレオチドを単位として構成されるが、その高次構造はヌクレオチドのいくつかのコンフォメーションを巧みに制御することで形成されている。本研究では、グリコシド結合まわりのコンフォメーションを、化学修飾法を用いて制御することを試みた。またヌクレオチドの最終分解物である尿酸の疎水性的性質について水和クラスターを用いて検討した。これらの核酸塩基類は熱的に不安定であるため、レーザー脱離-超音速ジェット法により気相孤立化し、赤外振動分光法と非調和振動計算を駆使し立体構造の決定を行った。
(1)尿酸の疎水的性質を水和クラスターの立場から検討:人や霊長類におけるプリンヌクレオチドの代謝過程では、最終分解生成物である尿酸が生成し、尿に排泄される。尿酸は難溶性で体内に蓄積されやすいため、痛風など多くの病気を引き起こす原因となる。本研究では、尿酸の疎水的性質を分子論的に明らかにするために、水和クラスターの立場から検討することを試みた。赤外振動スペクトルによる水和構造解析から、尿酸では第一水和圏に水和しても、その後水和ネットワークを形成しにくいため、疎水性を示すものと結論した。
(2)化学修飾によるヌクレオシドのグリコシド結合コンフォメーション制御:DNAやRNAの立体構造の柔軟性は、ヌクレオチドのいくつかのコンフォメーションにより制約される。更にそれぞれのコンフォメーションは、糖-リン酸基骨格の6個の二面角とグリコシド結合まわりの塩基の二面角で決定される。このうちグリコシド結合についてはsynとantiという2つの安定なコンフォマーが存在し、通常のDNAではanti、Z-DNAではsyn構造をとる。本研究では、気相孤立化したグアニンヌクレオシドについて、このコンフォメーションの安定性を制御することに成功した。グアノシンでは5'-OH基の内部水素結合によりsyn構造が安定であるが、これをエチル化にした5'-O-ethylguanosineでは、2'-OH基の水素結合によるantiが優先的に観測された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

23年度の研究成果のうちいくつかは既に学術論文として公表されているが、現在投稿準備中の論文が3報ある。
これらの成果はすべて、共同研究(イリノイ大、愛知工業大学、名古屋大学、新潟大学)が順調に進んだことにより得られた

Strategy for Future Research Activity

今後、2つ以上の核酸塩基が糖-リン酸基で結合した、ジヌクレオチドやポリヌクレオチドを気相孤立化し、実在系により近い環境での塩基間の相互作用とそれによる高次構造形成について研究を行う予定である。既にジヌクレオチドについては、共同研究者により合成された試料を用いて測定を行っているが、脱離レーザー光照射によりかなりの割合で分解してしまう問題点が明らかとなった。現在これを克服するために、リン酸基のエステル化などの化学修飾、レーザー波長やマトリックスの最適化を行っている。

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2012 2011 2010 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (17 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Controlling glycosyl bond conformation of guanine nucleosides : stabilization of the anti conformer in 5'-O-ethylguanosine2012

    • Author(s)
      H.Asami, S.Urashima, M.Tsukamoto, A.Motoda, Y.Hayakawa, H.Saigusa
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 3 Issue: 5 Pages: 571-575

    • DOI

      10.1021/jz300081e

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    • Author(s)
      H.Asami, S.Urashima, H.Saigusa
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 13 Issue: 45 Pages: 20476-20480

    • DOI

      10.1039/c1cp22540e

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    • Author(s)
      R.Kikkawa, Y.Inokuchi, T.Ebata, H.Saigusa
    • Journal Title

      BCTNIK OGY(ロシア オレンブルグ大学紀要)

      Pages: 111-113

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  • [Journal Article] Mass Spectrometry for Nonvolatile Functional Molecules by Laser Desorption/Vacuum-Ultraviolet Photoionization Method2011

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      R.Kikkawa, Y.Inokuchi, T.Ebata, H.Saigusa
    • Journal Title

      BECKNIK(ロシアオレンブルグ大学紀要)

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  • [Journal Article] Mass Spectrometry for Nonvolatile Functional Molecules by Laser Desorption/Vacuum-Ultraviolet Photoionization Method2011

    • Author(s)
      三枝洋之
    • Journal Title

      横浜市立大学叢書

      Volume: 61 Pages: 91-100

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    • Author(s)
      S.Urashima, H.Asami,, M.Ohba, H.Saigusa
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry A

      Volume: 114 Pages: 11231-11237

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      H.Asami, M.Tsukamoto, Y.Hayakawa, H.Saigusa
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 12 Pages: 13918-13921

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      浅見祐也、八木清、大場正志、三枝洋之
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会(2A1-43)
    • Place of Presentation
      慶応大学日吉キャンパス
    • Year and Date
      2012-03-26
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      S.Urashima, H.Saigusa
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      Gordon Research Conference 2012 Molecular and Ionic Clusters (B-46)
    • Place of Presentation
      Four Points Sheraton/Holiday Inn Express, Ventura, CA, USA
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  • [Presentation] Spectroscopic Investigations of Nucleic Acid Structure in the Gas Phase2011

    • Author(s)
      H.Saigusa
    • Organizer
      International Symposium on the Application of Spectroscopy to Life and Medical Sciences
    • Place of Presentation
      Riken Yokohama Institute(Invited)
    • Year and Date
      2011-12-01
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      浦島周平、浅見祐也、三枝洋之
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      平成23年度日本分光学会年次講演会(P-15)
    • Place of Presentation
      理研横浜研究所
    • Year and Date
      2011-12-01
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  • [Presentation] アデニンヌクレオシド二量体にみられる糖の水素結合が関与した特異的スタッキング構造2011

    • Author(s)
      浅見祐也、八木清、大場正志、三枝洋之
    • Organizer
      第5回分子科学討論会(2A20)
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-21
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  • [Presentation] レーザー脱離法により気相孤立化した尿酸及びその一水和物の異性体構造2011

    • Author(s)
      浦島周平、浅見祐也、三枝洋之
    • Organizer
      第5回分子科学討論会(2A09)
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-21
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 核酸塩基関連分子のレーザー脱離パフォーマンスの改善:サンプルとマトリクス粒子のサイズ調整2011

    • Author(s)
      塚島史朗、浅見祐也、元田彩香、塚本眞幸、早川芳宏、三枝洋之
    • Organizer
      第5回分子科学討論会(2P018)
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-21
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Production of Supramolecular Structures of Biological Molecules by Laser Desorption and Their Structural Characterization by IR Spectroscopy2011

    • Author(s)
      H.Saigusa
    • Organizer
      5^<th> International Symposium on Molecular Science for Supra Functional Systems
    • Place of Presentation
      Royton Sapporo(Invited)
    • Year and Date
      2011-07-11
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  • [Presentation] Effects of hydration on the base pair structures of guanine-Stacked vs.planar base pairing2010

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      H.Asami, H.Saigusa
    • Organizer
      Pacifichem 2010 Congress (872314)
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawai
    • Year and Date
      2010-12-17
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  • [Presentation] Conformational analysis of the guanine nucleosides based on ab initioanharmonic vibrational calculation2010

    • Author(s)
      H.Asami, H.Saigusa, K.Yagi
    • Organizer
      Pacifichem 2010 Congress (865220)
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawai
    • Year and Date
      2010-12-17
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Microhydration of the guanine nucleosides and base pairs2010

    • Author(s)
      H.Saigusa
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      Pacifichem 2010 Congress (842124)
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawai
    • Year and Date
      2010-12-16
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  • [Presentation] 揮発性分子のレーザー蒸発/レーザー分光の装置開発2010

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      吉川竜一, 片桐勇志, 江幡孝之, 井口佳哉, 三枝洋之
    • Organizer
      分子科学討論会2010(4A16)
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2010-09-17
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] グアニンヌクレオチドのリン酸基エステル化による非破壊的気化と赤外振動分光2010

    • Author(s)
      浅見祐也, 元田彩香, 塚本眞幸, 早川芳宏, 三枝洋之
    • Organizer
      分子科学討論会2010(3A01)
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2010-09-16
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  • [Presentation] 赤外-紫外二重共鳴分光法によるグアニン-シトシン及びグアニン-グアニン塩基対の微細水和構造解析2010

    • Author(s)
      浦島周平, 浅見祐也, 三枝洋之
    • Organizer
      分子科学討論会2010(3A02)
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2010-09-16
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 9-メチルグアニン一水和物の電子状態とその性質2010

    • Author(s)
      伊藤悠太, 浅見祐也, 三枝洋之, 小関史朗, 河野裕彦, 島倉紀之
    • Organizer
      分子科学討論会2010(3P097)
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2010-09-16
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  • [Presentation] Infrared Spectra of Hydrated Clusters of Guanine Nucleosides Observed by IR-UV Double Resonance Spectroscopy2010

    • Author(s)
      S.Urashima, H.Asami, H.Saigusa
    • Organizer
      International Symposium on Molecular Spectroscopy 65th Meeting (TB05)
    • Place of Presentation
      Columbus, Ohio
    • Year and Date
      2010-06-22
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Non-destructive vaporization of GMP enabled by the phosphoesterification : Conformational preference in the gas phase2010

    • Author(s)
      H.Asami, A.Motoda, M.Tsukamoto, Y.Hayakawa, H.Saigusa
    • Organizer
      37th International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://laser.sci.yokohama-cu.ac.jp/

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      2011 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://laser.sci.yokohama-cu.ac.jp/

    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-08-23   Modified: 2018-03-28  

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