生体高分子の有するソフトインタフェースを活用した新奇超分子不斉光化学反応系の構築

• Project Area: Molecular Soft-Interface Science
• Project/Area Number: 23106702
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 和田 健彦 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20220957)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2012: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2011: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 超分子 / 不斉光反応 / 超分子不斉光化学 / 血清アルブミン / 2-アントラセンカルボン酸 / ポリエチレングリコ－ル / PEG / キラルソフト界面 / ソフトインターフェース / バイオインターフェイス / キラルインタフェース / タンパク質 / 超分子不斉光反応 / 光二量化

Outline of Annual Research Achievements

本研究では基底状態相互作用ならびに励起状態挙動に関する詳細な情報が入手可能なBSAおよびHSAをスカッフォールドとし、ポリエチレングリコ－ル(PEG)による表面修飾による会合に起因する水溶性、さらに適用可能基質の制限など問題点の改善へ試み、さらにPEGの特性を活用した親疎水のバランスに優れた新規キラル・ソフトインターフェース反応場の構築も指向し、PEG修飾ウシならびにヒト血清アルブミンの超分子不斉光反応の不斉反応場としての活用について検討した。
PEG化は、BSAおよびHSAのリジン残基のアミノ基を活用し、グルタルアルデヒドにより片末端に反応性を付与した2鎖型PEG化試薬（MW＝2,500x2）の2種の試薬を用いた修飾法により検討した。血清アルブミン(SA)とPEG化試薬との種々の混合比により得られたSAのPEG化率ならび得られた各種PEG化SAの高次構造およびACとの基底状態相互作用を、UV・CD・蛍光・蛍光寿命測定などにより検討した。AC存在下におけるPEG化を検討したところ、ACに対する結合能を維持したままのPEG化が可能である事を見出した。CDスペクトルを用いたPEG化BSA、PEG化HSAとACの相互作用を検討した結果、超分子不斉光反応に用いるにはPEG率10%程度が適切であると共に、反応には関与しない結合サイトはマスク可能である事が明らかとなった。加えて、PEG化によりSAの顕著な水溶性の向上が確認された。
さらに、HSAではHT/HHが11にまで向上し、高い生成物選択性を達成すると共に、82%　eeで光二量体2が得られ、PEG化SAが有効なキラル反応場として機能する事を明らかとした。
以上より、PEG修飾による新規キラル・ソフトインターフェース反応場の創製に関する検討し、重要な知見と設計方針を見出し、その端緒を拓くことに成功した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Remarkable Enhancement of Sensitivity with the Second Generation of Elliptically Polarization-detected Circular Dichroism Spectroscopy (2013)
  • Author(s): Murakami, M.; Araki, Y.; Sakamoto, S.; Hamada, Y.; Wada, T.
  • Journal Title: Chem. Lett Volume: 42 Issue: 3 Pages: 261-262
  • DOI: 10.1246/cl.2013.261
  • NAID: 10031155773
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Double Helices of a Pyridine-Appended Zinc Chlorophyll Derivative (2013)
  • Author(s): Y. Shinozaki, G. Richards, K. Ogawa, A. Yamano, K. Ohara, K. Yamaguchi, S. Kawano, K. Tanaka, Y. Araki, T. Wada, and J. Otsuki
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 135 Issue: 14 Pages: 5262-5265
  • DOI: 10.1021/ja400493e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Entrainer Effects on Enantiodifferentiating Photocyclization of 5-Hydroxy-1,1-diphenylpentene in Near- and Supercritical Carbon Dioxide (2012)
  • Author(s): Y. Nishiyama, T. Wada, K. Kakiuchi, Y. Inoue
  • Journal Title: Journal of Organic Chemistry Volume: 77 Issue: 13 Pages: 5681-5686
  • DOI: 10.1021/jo300816w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of a dual-color detection system for caspase activities using a combination of split-fluorescent proteins and split-intein (2012)
  • Author(s): Sakamoto, Seiji; Terauchi, Mika; Taki, Shusaku; Kim, Tanner Ian; Araki, Yasuyuki; *Wada, Takehiko
  • Journal Title: Peptide Sci Volume: 48 Pages: 325-326
  • NAID: 10030204493
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microenvironmental Control of Enantiodifferentiating Photocyclization of 5-Hydroxy-1,1-diphenylpentene through Selective Solvation (2012)
  • Author(s): Y. Nishiyama, T. Wada, K. Kakiuchi, Y. Inoue
  • Journal Title: Chirality Volume: 24 Issue: 5 Pages: 400-405
  • DOI: 10.1002/chir.22004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Application of Photoactive Yellow Protein as a Photoresponsive Module for Controlling Hemolytic Activity of Staphylococcal α-Hemolysin (2012)
  • Author(s): M. Ui, et al.
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 48 Issue: 39 Pages: 4737-4739
  • DOI: 10.1039/c2cc18118e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New paradigm of biomolecular soft-interfaces as chiral reaction fields for supramolecular asymmetric photochirogenesis (2012)
  • Author(s): Wada, Takehiko
  • Journal Title: Hyomen Kagaku Volume: 33 Pages: 27-33
  • NAID: 10030442978
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Planar-to-Planar Chirality Transfer in the Excited State. Enantiodifferentiating Photoisomerization of Cyclooctenes Sensitized by Planar-Chiral Paracyclophane (2011)
  • Author(s): R.Maeda, T.Wada, T.Mori, S.Kono, N.Kanomata, Y.Inoue
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 133 Issue: 27 Pages: 10379-10381
  • DOI: 10.1021/ja203781f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Roles of Entropy in Supramolecular Photochirogenesis : Enantiodifferentiating Photoisomerization of Cyclooctenes in Chiral Sensitizer-Immobilized MCM-41 Cavities (2011)
  • Author(s): R.Maeda, T.Wada, A.Kusaka, T.Mori, M.Iwamoto, Y.Inoue
  • Journal Title: Photochemical and Photobiological Sciences Volume: 10 Issue: 9 Pages: 1390-1392
  • DOI: 10.1039/c1pp05087g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supramolecular Asymmetric Photochirogenesis with Biopolymers as a Chiral Confined Reaction Media (2011)
  • Author(s): Wada, Takehiko
  • Journal Title: Polym. Volume: 60 Pages: 757-761
  • NAID: 10029658353
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supramolecular Asymmetric Photochirogenesis with Biopolymers as a Chiral Confined Reaction Media (2011)
  • Author(s): Wada, Takehiko; Sakamoto, Seiji; Murakami, Makoto; Araki, Yasuyuki; Inoue, Yoshihisa
  • Journal Title: J.Photopoly.Sci.Tech Volume: 24 Pages: 595-596
  • NAID: 10029658353
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of artificial nucleic acid and non-natural protein for active control of cellular function (2011)
  • Author(s): Wada, Takehiko; Araki, Yasuyuki; Sakamoto, Seiji
  • Journal Title: Materials Integration Volume: 24 Pages: 10-16
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis, and application of artificial nucleic acids as a novel tool for chemical biology (2011)
  • Author(s): Wada, Takehiko
  • Journal Title: Frontier of Chem. Volume: 22 Pages: 135-144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] External Stimulation Responsive Artificial Nucleic Acids (2011)
  • Author(s): Wada, Takehiko
  • Journal Title: Rev.CSJ.Curr.Rev Volume: 6 Pages: 71-77
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supramolecular Asymmetric Photochirogenesis with Biopolymers as a Chiral Reaction Field (2011)
  • Author(s): Wada, Takehiko
  • Journal Title: J.Surf.Sci.Soc.Jap. Volume: 33 Pages: 27-33
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 生体高分子の機能材料への展開と動的機能制御 (2012)
  • Author(s): 和田健彦
  • Organizer: 第61回高分子討論会
  • Place of Presentation: 名古屋, 日本
  • Year and Date: 2012-09-19
  • Invited
• [Presentation] Novel Strategy of Supramolecular Asymmetric Photochirogenesis with Tailor-made Biopolymers as Chiral Reaction Media (2012)
  • Author(s): Takehiko WADA
  • Organizer: IUPAC Photochemistry
  • Place of Presentation: Coimbra, Portugal
  • Year and Date: 2012-07-15
• [Presentation] New strategy of supramolecular asymmetric photochirogenesis with biomolecular soft-interfaces as chiral reaction medias (2012)
  • Author(s): 3. Takehiko Wada, Sakie Minato, Yui Sugawara, Masaki Nishijima, Mihoko Ui, Kazushi Kinbara, Kohei Tsumoto, Yasuyuki Araki, Seiji Sakamoto, and Yoshihisa Inoue
  • Organizer: International Association of Colloid and Interface Scientists2012 (IACIS2012) Conference
  • Place of Presentation: Sendai, JAPAN
  • Year and Date: 2012-05-13
• [Presentation] Nobel Strategy for External Stimulus Responsible Artificial Nucleic Acids-Toward the Creation of Cancer Cell Specific Gene Therapeutic Oligonucleotides (2011)
  • Author(s): Wada, Takehiko
  • Organizer: 1^<st> France-Japan Work shop on Bio-Inspired Approaches
  • Place of Presentation: Bordeaux, France(招待講演)
  • Year and Date: 2011-04-23