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2011 Fiscal Year Annual Research Report

蛍光偏光解消法によるナノスペース粘度計測法の開発

Research Project

Project/Area Number 23310071
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

鈴木 誠  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60282109)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 森本 展行  東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (00313263)
和沢 鉄一  東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (80359851)
Keywords局所粘度計測 / 蛍光偏光解消 / 回転相関時間 / ハイパーモバイル水 / アクチンフィラメント / 蛍光異方性 / 水和水 / 水和水の粘度
Research Abstract

ナノシステムの摺動用材料を開発する上で、摺動部材間の間隙を満たす水層の粘度を計測することは重要な課題である。ナノシステム材料としてタンパク質は有望な材料であるが、タンパク質表面に接する限られたナノスペースにある水の粘度を局所的に直接測定しようとする試みはまだない。ここで提案する研究は、タンパク質(ここではアクチン)表面に、可変リンカー長の蛍光分子を結合し、パルスレーザーで励起し、蛍光偏光解消を時間分解で測定することにより、蛍光分子の回転相関時間を求め、対象物表面に結合した蛍光分子を取り囲むナノボリュームの水の粘度を測定する方法の確立を目的とする.
研究実施内容:本研究では、タンパク質表面に、可変リンカー長の蛍光分子を結合し、パルスレーザーで励起し、蛍光偏光解消を時間分解測定する。これまでの誘電緩和測定によれば、アクチンフィラメント表面にハイパーモバイル水が厚さ1nm程度存在することが予想されるので、アクチンに蛍光色素を結合し、水和層の中から外に至る水の粘度変化を測定する。具体的には、
・蛍光偏光解消法による回転相関時間測定システムを構築した。
・対象とするタンパク質分子としてアクチンを選び、ハイパーモバイル水が存在すると予想される部位(アクチンCys374等)に蛍光色素を導入した。これまでCy3、rhodamin6GにシステインのSHに結合するマレイミド基やハロゲン基などを導入する。そのとき、色素部と反応基間のリンカーをポリエチレングリコールPEGをリンカーとする長さ0.5nm~2nmの蛍光色素を作成した。
・蛍光寿命、蛍光異方性を作成した各色素に対して測定し基本データを得た。
・アクチンに作成した蛍光色素を導入し蛍光偏光解消の時分割測定を行い、色素の回転相関時間を測定した。リンカー長の長さと評価される水の粘度の関係をもとめ良い相関を得た。G-actin上のCy3については定常状態異方性とナノ秒異方性減衰とは,ほぼコンシステントな結果を得た。
・蛍光色素の定常蛍光異方性と蛍光寿命から見積もられる回転相関時間への立体障害の効果と、偏光解消の時分割測定による回転相関時間の比較から、定常測定の結果を検討している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

大震災後の研究室環境は平成24年1月にようやく通常実験が可能な状態に復帰してきた。そのため予定した実験はほぼ実施することができた。

Strategy for Future Research Activity

リンカー長の最も長いときの測定値をバルクの水の粘度と比較し、リンカー長に求められる条件を得る予定である。蛍光色素の定常蛍光異方性と蛍光寿命から見積もられる回転相関時間への立体障害の効果と、偏光解消の時分割測定による回転相関時間による検証をさらに進める。また,蛍光色素の結合サイトとしては,Cys374に加えて,Phalloidinも対象として実験を進める予定である。

  • Research Products

    (34 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (30 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Role of Water in Actin-Myosin Binding and Actin Polymerization : Rotational and Translational Mobility of Water Molecules2012

    • Author(s)
      Makoto Suzuki, Tetsuichi Wazawa, George Mogami, Takao Kodama
    • Journal Title

      Journal of the Physical Societu of Japan

      Volume: Supplement(In press)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hyper-mobility of water around actin filaments revealed using pulse-field gradient spin-echo 1H-NMR and fluorescence spectroscopy2011

    • Author(s)
      Tetsuichi Wazawa, Takashi Sagawa, Tsubasa Ogawa, Nobuyuki Morimoto, Makoto Suzuki
    • Journal Title

      Biochem. Biophys. Res. Comm.

      Volume: 404 Pages: 985-990

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2010.12.096

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] アクチンフィラメントの重合による周りの水の物性変化と熱の出入り2012

    • Author(s)
      鈴木誠
    • Organizer
      「水和とATP」サテライトミーティング"蛋白質折り畳みの理解に向けた一分子基礎科学を目指して"
    • Place of Presentation
      仙台作並一の坊
    • Year and Date
      20120310-20120312
  • [Presentation] 蛍光スペクトルで観るアクチンフィラメント周りの水のハイパーモビリティ2012

    • Author(s)
      和沢鉄一
    • Organizer
      「水和とATP」サテライトミーティング"蛋白質折り畳みの理解に向けた一分子基礎科学を目指して"
    • Place of Presentation
      仙台作並一の坊
    • Year and Date
      20120310-20120312
  • [Presentation] 誘電緩和スペクトルの緩和成分解析からわかること2012

    • Author(s)
      最上譲二
    • Organizer
      「水和とATP」サテライトミーティング"蛋白質折り畳みの理解に向けた一分子基礎科学を目指して"
    • Place of Presentation
      仙台作並一の坊
    • Year and Date
      20120310-20120312
  • [Presentation] ATP加水分解およびATP駆動タンパク質のエネルギー・水和状態相関解析2012

    • Author(s)
      鈴木誠
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」第4回領域全体会議
    • Place of Presentation
      仙台秋保岩沼屋
    • Year and Date
      20120307-20120309
  • [Presentation] アクチンの重合による水和状態の変化およびF-アクチン周りバイパーモバイル水の生成エンタルピー2012

    • Author(s)
      今尾麻人、岡崎裕一郎、和沢鉄一、最上譲二、森本展行、鈴木誠
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」第4回領域全体会議
    • Place of Presentation
      仙台秋保岩沼屋
    • Year and Date
      20120307-20120309
  • [Presentation] アクチンの重合・脱重合における熱(DSC, ITC)測定2012

    • Author(s)
      阿部智彦、安居慎一郎、和沢鉄一、最上譲二、森本展行、鈴木誠
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」第4回領域全体会議
    • Place of Presentation
      仙台秋保岩沼屋
    • Year and Date
      20120307-20120309
  • [Presentation] ミオシンS1のATPase活性およびヌクレオチド結合熱におよぼす尿素および尿素誘導体の効果2012

    • Author(s)
      安居慎一郎、阿部智彦、和沢鉄一、最上譲二、鈴木誠
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」第4回領域全体会議
    • Place of Presentation
      仙台秋保岩沼屋
    • Year and Date
      20120307-20120309
  • [Presentation] 尿素および尿素誘導体水溶液の誘電緩和特性の温度依存性2012

    • Author(s)
      小野祐貴、和沢鉄一、最上譲二、森本展行、鈴木誠
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」第4回領域全体会議
    • Place of Presentation
      仙台秋保岩沼屋
    • Year and Date
      20120307-20120309
  • [Presentation] アクチンおよびミオシンS1の水和状態に及ぼす尿素および尿素誘導体の効果2012

    • Author(s)
      中川卓哉、石田誠宜、安居慎一郎、和沢鉄一、最上譲二、鈴木誠
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」第4回領域全体会議
    • Place of Presentation
      仙台秋保岩沼屋
    • Year and Date
      20120307-20120309
  • [Presentation] カルボン酸の水和におよぼすアルキル基の効果2012

    • Author(s)
      王楊天、最上譲二、和沢鉄一、森本展行、鈴木誠
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」第4回領域全体会議
    • Place of Presentation
      仙台秋保岩沼屋
    • Year and Date
      20120307-20120309
  • [Presentation] アクチン重合におけるハイパーモバイル水の役割について考える2012

    • Author(s)
      鈴木誠
    • Organizer
      2012年生体運動研究合同班会議
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      20120106-20120108
  • [Presentation] 精密誘電分光測定によるポリ(ビニルホスホン酸)の水和構造解析2011

    • Author(s)
      佐々木優, 丹野則彦, 最上譲二, 和沢鉄一, 森本展行
    • Organizer
      第60回高分子討論会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      20110928-20110930
  • [Presentation] 誘電緩和分光法による水和測定の分解能の向上と信頼性の検証2011

    • Author(s)
      George Mogami, Tetsuichi Wazawa, Makoto Suzuki
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Effects of Urea and Its Derivatives on the Water Dynamics as studied by microwave dielectric relaxation Spectroscopy2011

    • Author(s)
      Batnasan Altansukh, Tetsuichi Wazawa, George Mogami, Nobuyuki Morimoto, Makoto Suzuki
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] ADPとミオシンS1の結合熱に及ぼす尿素とその誘導体の影響2011

    • Author(s)
      Tomohiko Abe, Altansukh Batnasan, Shin-ichiro Yasui, George Mogami, Makoto Suzuki
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Hyper-mobility of water around actin filaments studied by pulse-field gradient spin-echo 1H NMR and fluorescence spectroscopy2011

    • Author(s)
      Tetsuichi Wazawa, Takashi Sagawa, Tsubasa Ogawa, Nobuyuki Morimoto, Takao Kodama, Makoto Suzuki
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] 尿素及び尿素誘導体のミオシンATP加水分解活性に及ぼす効果2011

    • Author(s)
      安居慎一郎, 和沢鉄一, Batnasan Altansukh, 石田誠宜, 中川卓哉, 鈴木誠
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] ATP加水分解過程における蛋白質表面の水の状態の変化2011

    • Author(s)
      鈴木誠
    • Organizer
      第63回コロイドおよび界面化学討論会「タンパク質/水界面の熱力学とATPエネルギー」シンポジウム
    • Place of Presentation
      京都大学百周年時計台記念館(招待講演)
    • Year and Date
      20110906-20110908
  • [Presentation] Hydration properties of urea, thiourea and alkylurea derivatives as studied by microwave dielectric relaxation Spectroscopy2011

    • Author(s)
      Batnasan Altansukh, George Mogami, Tetsuichi Wazawa, Nobuyuki Morimoto, Makoto Suzuki
    • Organizer
      Grant-in-Aid for Scientific Researcheron Innovative Area : Hydration and ATP Energy
    • Place of Presentation
      大阪ガーデンパレス(poster)
    • Year and Date
      20110809-20110811
  • [Presentation] Proton dififusion coeffcient of actin solution measured by PFG-SE H NMR2011

    • Author(s)
      鈴木誠
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」の領域研究の活動として、前期(2008-2010)研究成果報告会
    • Place of Presentation
      大阪ガーデンパレス
    • Year and Date
      20110809-20110810
  • [Presentation] Hydration Properties of Adenosine Phosphate Series as Studied by Microwave Dielectric Spectroscopy2011

    • Author(s)
      George Mogami, Tetsuichi Wazawa, Nobuyuki Morimoto, Takao Kodama, Makoto Suzuki
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」前期(2008-2010)研究成果報告会
    • Place of Presentation
      大阪ガーデンパレス
    • Year and Date
      20110809-20110810
  • [Presentation] Local viscosity decrease of water surrounding actin upon pplymerization detected by dielectric relaxation, PFGSE-NMR, and fluorescence anisotropy measurements2011

    • Author(s)
      鈴木誠
    • Organizer
      The 5th international mini-symposium on liquids
    • Place of Presentation
      岡山大学創立50周年記念館(招待)
    • Year and Date
      20110624-20110626
  • [Presentation] ポリ(アミドアミン)デンドリマの水和状態解析2011

    • Author(s)
      森本展行、小川翼、最上譲二、鈴木誠
    • Organizer
      第60回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      20110525-20110527
  • [Presentation] アクチンの周りの水の回転・並進運動性と局所粘度2011

    • Author(s)
      鈴木誠
    • Organizer
      平成23年度「筋生理の集い」
    • Place of Presentation
      東京慈恵医科大学
    • Year and Date
      2011-12-17
  • [Presentation] Overview of studies on ATP-driven proteins and asymmetry, Symposium "Asymmetry produced by water and ATP"2011

    • Author(s)
      鈴木誠
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学(招待)
    • Year and Date
      2011-09-16
  • [Presentation] アクチンフィラメントの一方向的な構造変化:ミオシン力発生機構への関与の可能性2011

    • Author(s)
      上田太郎、鈴木誠
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学(招待)
    • Year and Date
      2011-09-16
  • [Presentation] ATP加水分解過程におけるタンパク質表面の水の状態の変化、シンポジウム「蛋白質/水界面の熱力学とATPエネルギー」2011

    • Author(s)
      鈴木誠
    • Organizer
      第63回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      京都(招待)
    • Year and Date
      2011-09-07
  • [Presentation] ATP加水分解およびATP駆動タンパク質のエネルギー・水和状態相関解析2011

    • Author(s)
      鈴木誠
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」の領域研究の活動として、全体会議後期(2011-2012)研究計画
    • Place of Presentation
      大阪ガーデンパレス
    • Year and Date
      2011-08-11
  • [Presentation] Hyper-mobility of water around actin filaments revealed using pulse-field gradient spin-echo 1H NMR and fluorescence spectroscopy2011

    • Author(s)
      Tetsuichi Wazawa, Takashi Sagawa, Tsubasa Ogawa, Nobuyuki Morimoto, Takao Kodama, Makoto Suzuki
    • Organizer
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」の領域研究の活動として、全体会議後期(2011-2012)研究計画
    • Place of Presentation
      大阪ガーデンパレス
    • Year and Date
      2011-08-11
  • [Presentation] Actin polymerization induces hyper-mobility of surrounding water molecules2011

    • Author(s)
      Tetsuichi Wazawa, Takashi Sagawa, Tsubasa Ogawa, Nobuyuki Morimoto, Makoto Suzuki
    • Organizer
      日本生物物理学会東北支部講演会
    • Place of Presentation
      東北大学片平キャンパス(招待)
    • Year and Date
      2011-06-17
  • [Book] アクチュエータ研究開発の最前線第2編第3章第5節2011

    • Author(s)
      鈴木誠
    • Total Pages
      576
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.material.tohoku.ac.jp/atpwater/index.htm

URL: 

Published: 2013-06-26  

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