2021 Fiscal Year Research-status Report
超高速時間分解計測・高度計算科学による酵素内反応追跡に向けた化合物最適化技術開発
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21K04989
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
樋山 みやび 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (90399311)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ケージドルシフェリン / 光褪色量子収率 / 光褪色断面積 / ホタルルシフェリン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当研究室にて光照射によりホタルルシフェリン（以下、ルシフェリンとする）を生成する光照射型ケージドルシフェリンの合成を試みたところ、純度が約90%の7-diethylaminocoumarin-4-yl)methyl-caged D-luciferin (DEACM-ケージドルシフェリン)の合成に成功した。水銀ランプによるケージドルシフェリンの光開裂実験を行なったところ、同時に、生成したルシフェリンも壊れる可能性があることがわかった。そこでまず、ルシフェリン 分子の光安定性の特徴を調べることとした。
標準的なホタル生物発光の発光量子収率は41%であることから、光照射後のルシフェリン 溶液をもちいてホタルルシフェラーゼ を用いた絶対生物発光スペクトルを測定すれば、スペクトル積算値から光照射により破壊されずに残ったルシフェリン の分子数を見積もることができる。そこで、水銀ランプを用いて光照射したルシフェリン 溶液に、北米産ホタルルシフェラーゼ 、アデノシン三リン酸、Mg2+、GTA緩衝液を加え、pH 8において発光量を測定した。また、405nm, 365 nm, 325nmのフィルターを用いることにより、それぞれの波長による光照射を可能にした。破壊されずに残ったルシフェリン の分子数と光照射時間の関係から、光安定性の特徴を定量的に示す物理量である光褪色量子収率および光褪色断面積を見積もった。
その結果、ルシフェリン の光褪色断面積はおよそ 1.0-5.0×10^-20 cm^2であることがわかった。また、ルシフェリン の光褪色量子収率は 8×10^-4 であり、照射波長に依存しないことがわかった。さらに、ルシフェリン の光破壊量をもっとも少なくする波長は、405 nmの光照射であることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
まず、本研究課題の遂行において最も重要なサンプルの合成に成功した。当研究室にて高純度のDEACM-ケージドルシフェリンの合成に成功し、安定的にDEACM-ケージドルシフェリンを合成するめどが立った。また、DEACM-ケージドルシフェリンの純度を決定できたことから、DEACM-ケージドルシフェリン光解離過程の定量評価が可能になった。
さらに、光褪色量子収率および光褪色断面積を決定することにより、できるだけルシフェリン を破壊しない光照射条件（光安定性）を定量的に解明することができた。この結果から、次年度に予定しているDEACM-ケージドルシフェリン光解離実験における光照射条件を予測することができた。とくに今年度のルシフェリンの光安定性研究では、破壊されずに残ったルシフェリン の分子数を絶対生物発光スペクトルから見積もることができることを示した。この方法は、今後DEACM-ケージドルシフェリン光解離過程の定量計測に用いることができると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度開発した合成方法により、定量計測に必要な量および純度のDEACM-ケージドルシフェリンを合成する。また今年度有用性を確認することのできた、ルシフェリンの分子数を絶対生物発光スペクトルから見積もる方法を利用して、DEACM-ケージドルシフェリン光解離過程における光開裂量子収率と光開裂断面積を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
【理由】2021年度に北海道大学での成果発表を予定していたが、オンライン学会に変更になったため、次年度使用額が生じた。
【使用計画】これまでの研究成果を発表するための研究成果発表・論文投稿費用に使う。
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