| Project Area | Non-equilibrium-state molecular movies and their applications |
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| Project/Area Number |
19H05784
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
久保 稔 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (90392878)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 哲就 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (70506906)
古谷 祐詞 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80432285)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥142,870,000 (Direct Cost: ¥109,900,000、Indirect Cost: ¥32,970,000)
Fiscal Year 2022: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000)
Fiscal Year 2021: ¥24,310,000 (Direct Cost: ¥18,700,000、Indirect Cost: ¥5,610,000)
Fiscal Year 2020: ¥22,880,000 (Direct Cost: ¥17,600,000、Indirect Cost: ¥5,280,000)
Fiscal Year 2019: ¥49,400,000 (Direct Cost: ¥38,000,000、Indirect Cost: ¥11,400,000)
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| Keywords | 分子分光学 / 時間分解計測 / 超精密計測 / 蛋白質 / 生物物理学 / 時間分解X線結晶構造解析 / 時間分解紫外可視吸収分光 / 時間分解赤外分光 / 時間分解ラマン分光 / 時間分解蛍光分光 / 動的構造生物学 |
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| Outline of Research at the Start |
私たちの体の中では多くの分子が働いており、エネルギー変換、物質輸送、物質代謝などの生命活動を担っています。それらの生体分子は、形を巧みに変えながら働く、謂わば、小さな分子機械です。最近、生体分子が働く様子を動画として観測できる「時間分解Ｘ線構造解析」という手法が開発されました。私たちは、紫外光、可視光、赤外光などさまざまな光を道具に、時間分解Ｘ線構造解析では原理的に観測が難しい、電子レベルの細かな解析を精密に行ないます。時間分解Ｘ線構造解析と相補的に研究を進めながら、生体分子が働くしくみを物理化学的に解明します。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では溶液測定に加えて、タンパク質微結晶を測定できる顕微分光技術を開発し、時分割結晶構造解析（分子動画法）と時分割分光法（紫外可視吸収分光、ラマン・赤外分光、蛍光分光）との相関的・補完的解析を推進する。多くの研究試料を扱うが、それらは新学術領域「高速分子動画」において研究されている試料である。以下、各分光法毎に本年度の装置開発実績及び研究実績を記す。
・紫外可視吸収分光：（微結晶測定）光遺伝学ツール・チャネルロドプシンの結晶相におけるダイナミクスを解明した。その分光データと時分割結晶構造解析との相関解析により、チャネルロドプシンの光誘起チャネル開口のメカニズムを解明した。新規ロドプシン類の測定も終えており、時分割結晶構造解析との相関解析を進めている。（溶液測定）顕微装置にマイクロ流路デバイスを組み込んだ極微量フロー測定により、嫌気呼吸の鍵酵素cNORの反応中間体同定に成功した。
・赤外分光：（微結晶測定）微結晶に適用できる顕微時分割赤外分光装置の開発を完了した。N2O発生酵素P450norに装置を適用し、反応中間体の電子状態解明に成功した。（溶液測定）DNAフォトリアーゼの反応中間体を捉えることに成功した。現在、反応中間体の化学構造決定を目指し、同位体試料の測定を試みている。
・ラマン分光：（微結晶測定）昨年度に引き続き、時分割顕微測定系の開発を進めている。一方、凍結結晶に対する測定系を整備し、P450酵素への適用を進めている。（溶液測定）二液混合系のstopped-flow測定装置を完成させた。
・蛍光分光：（微結晶測定）二液混合系の時分割蛍光分光装置に分光器を導入した。今後、Ca2+感受性イクオリンに適用する。（溶液測定）Stopped-flow法を用いて、イクオリンの蛍光ダイナミクスを測定した。現在、発光過程の分子モデルを構築するための速度論解析を進めている。
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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
顕微測定系の開発が概ね計画通りに進展しており、新しい技術を用いた研究成果も出始めているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
顕微装置開発を継続して進めるとともに、開発済みの装置を活用して時分割分光研究を推し進める。具体的には、新学術領域が力を入れている研究試料の一つである新規ロドプシン類の紫外可視吸収・赤外分光解析をさらに進め、時分割構造解析と併せて反応中間体の構造を明らかにする。また、反応中間体を捉えたDNAフォトリアーゼの紫外可視吸収・赤外分光解析を進める。同位体試料等を用いて反応中間体の化学構造決定を目指す。その他、stopped-flowラマン分光装置のヘム酵素への応用やイクオリンの発光反応解析を進めていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(28 results)
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[Journal Article] Enhanced redox reactivity of a nonheme iron(V)-oxo complex binding protons.2020
Author(s)
Xue, S.-S., Li, X.-X., Lee, Y.-M., Seo, M. S., Kim, Y., Yanagisawa, S., Kubo, M., Jeon, Y.-K., Kim, W.-S., Sarangi, R., Kim, S. H., Fukuzumi, S., Nam, W.
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 142
Pages: 15305-15319
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Syntheses, characterizations, and crystal Structures of dinitrogen-divanadium complexes bearing triamidoamine ligands.2020
Author(s)
Kokubo, Y., Wasada-Tsutsui, Y., Yomura, S., Yanagisawa, S., Kubo, M., Kugimiya, S., Kajita, Y., Ozawa, T., Masuda, H.
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Journal Title
European Journal of Inorganic Chemistry
Volume: 2020
Pages: 1456-1464
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Oxidative DNA cleavage, formation of μ-1,1-hydroperoxo species, and cytotoxicity of dicopper(II) complex supported by a p-cresol-derived amide-tether ligand2019
Author(s)
Kadoya, Y., Fukui, K., Hata, M., Miyano, R., Hitomi, Y., Yanagisawa, S., Kubo, M., Kodera, M.
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Journal Title
Inorg. Chem.
Volume: 58
Pages: 14294-14298
DOI
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[Presentation] Characterization of Antarctic inward proton pumping microbial rhodopsins (AntRs)2019
Author(s)
Harris, A., Tomida, S., Schubert, L., Lazaratos, M., Watt, E., Hoang, A., Bondar, A.-N., Heberle, J., Furutani, Y., Kandori, H., Brown, L.
Organizer
The 57th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan, Sep. 24-26, 2019, Seagaia Convention Center (Miyazaki, Miyazaki).
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[Presentation] Structural features of enzyme rhodopsins revealed by infrared spectroscopy2019
Author(s)
Watari, M., Ikuta, T., Hutamata, H., Yamada, D., Shihoya, W., Yoshida, K., Furutani, Y., Tsunoda, S., Nureki, O., Kandori, H.
Organizer
The 57th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan, Sep. 24-26, 2019, Seagaia Convention Center (Miyazaki, Miyazaki).
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