ペプチドと核酸の人工複合二次構造を用いた刺激応答感覚素子の作製

• Project Area: Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
• Project/Area Number: 15H00828
• 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: Konan University
• Principal Investigator: 臼井 健二 甲南大学, フロンティアサイエンス学部, 准教授 (70543792)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2015: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 分子機械 / 生体機能利用 / 人工ペプチド / 光反応スイッチ / 酵素反応スイッチ / ミネラリゼーション / 核酸 / 光スイッチ

Outline of Annual Research Achievements

分子ロボティクス研究において、感覚素子創製には、ナノ構造体を刺激により変化させる機構を構築した後に、出力を付与する手法も有効な方法となる。本研究では、核酸と新規複合構造を形成し、スイッチなどの機能を有する人工ペプチドを用いる手法で、分子ロボティクス領域に必要な感覚素子作製に挑戦する。我々はこれまで核酸塩基を側鎖にもつペプチド核酸（PNA）を用いた素子構築を試みており、今年度は2テーマ行った。1つ目は、ペプチドと核酸を融合した新規二次構造のリバーシブルな構造形成スイッチシステムの構築である。本テーマではPNA配列に、リン酸脱リン酸基質配列を組み合わせたペプチドや、光で構造を変化させるアゾベンゼンを組み合わせたペプチドを作製した。これにより、酵素反応や光で、本ペプチドがターゲット核酸配列と結合したり解離したりすることで、構造の変化を促すシステムの構築を試みた。またこれらスイッチの応用として、遺伝子発現制御システムの構築も試みた。2つ目のテーマでは、無機物とDNAの融合素子創製を目標に、PNAペプチドとDNAを用いて２種の無機物を沈殿させたナノ構造体作製に成功した。具体的にはDNAの特定配列と相補的に結合するPNA配列を持つ無機物沈殿ペプチドや、DNAにインターカレートする物質を有する別の無機物沈殿ペプチドを設計・合成し、DNAと複合させ、それぞれのペプチド部分のみに別々の無機物の沈殿を促すことで、従来よりも複雑な有機-無機複合体の作製やその複合体を用いた応用に成功している。本研究テーマにより、無機物沈殿の位置特異的制御の基礎的な手法の確立が期待できる。以上遂行してきた２テーマより、ペプチドは核酸と組み合わせることで、目的に応じた素子が容易に創製でき、本領域への大きな貢献が期待できる。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of Peptide Microarray to Detect the Protein in Saliva for Periodontal Disease Test (2017)
  • Author(s): Y. Tominaga, K. Usui, A. Hirata, A. Kitagawa, H. Ito, K. Nokihara
  • Journal Title: Peptide Science 2016 Volume: 2016 Pages: 131-132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Systematic Study on Molecular Mechanism of Pore-Forming Peptides for Discovering Antimicrobial Medicine (2016)
  • Author(s): Y. Sekiya, H. Watanabe, K. Usui, R. Kawano
  • Journal Title: Proceedings of MicroTAS Volume: 2016 Pages: 595-596
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 有機-無機ハイブリッド材料創製を指向した人工ペプチドを用いたミネラリゼーションの制御 (2016)
  • Author(s): 臼井健二, 富﨑欣也
  • Journal Title: 化学工業 Volume: 67 Pages: 721-728
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Site-Specific Control of Multiple Mineralizations Using a Designed Peptide and DNA (2016)
  • Author(s): K. Usui, M. Ozaki, A. Yamada, Y. Hamada, T. Tsuruoka, T. Imai, K.-y. Tomizaki
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 8 Issue: 39 Pages: 17081-17084
  • DOI: 10.1039/c6nr03468c
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Cell Microarray Format: A Peptide Release System Using a Photo-Cleavable Linker for Cell Toxicity and Cell Uptake Analysis (2016)
  • Author(s): K. Usui, K.-y. Tomizaki, H. Mihara
  • Journal Title: Methods. Mol. Biol. Volume: 1352 Pages: 199-210
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-3037-1_15
  • ISBN: 9781493930364, 9781493930371
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Site-specific control of silica mineralization on DNA using a designed peptide (2016)
  • Author(s): Makoto Ozaki, Kazuma Nagai, Hiroto Nishiyama, Takaaki Tsuruoka, Satoshi Fujii, Tamaki Endoh, Takahito Imai, Kin-ya Tomizaki, and Kenji Usui
  • Journal Title: Chemical Communcations Volume: 52 Issue: 21 Pages: 4010-4016
  • DOI: 10.1039/c5cc07870a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Designed Peptides with Secondary Structure for Use in Nanobiotechnology (2016)
  • Author(s): K. Usui
  • Journal Title: Peptide Science 2015 Volume: 2015 Pages: 5-8
  • Peer Reviewed
• [Presentation] P3部位に環状構造を有するβ-セクレターゼ阻害剤の設計 (2017)
  • Author(s): 浜田芳男、木曽良明、臼井健二
  • Organizer: 日本薬学会第137年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター・東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-24
• [Presentation] 二種の人工ペプチドを用いた ミネラリゼーションによる金‐チタニア複合ナノ構造体の作製 (2017)
  • Author(s): 尾崎誠、坂下峻吾、今井崇人、鶴岡孝章、浜田芳男、富崎欣也、臼井健二
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会2017
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市）
• [Presentation] 光リンカー含有ペプチド樹脂を用いた難水溶性物質の検出が可能な改良皮膚感作性試験法の構築 (2017)
  • Author(s): 南野祐槻、宮崎洋、岡平理湖、目片秀明、高石雅之、山下邦彦、浜田芳男、臼井健二
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会2017
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市）
• [Presentation] ペプチド-核酸複合体の細胞内への取り込み挙動解析 (2017)
  • Author(s): 片岡駿佑、今井崇人、臼井健二、富崎欣也
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会2017
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市）
• [Presentation] 外部刺激によりDNAグアニン四重鎖構造形成を制御するPNAペプチドの設計 (2017)
  • Author(s): 下岡正幸、岡田亜梨沙、浜田芳男、臼井健二
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会2017
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市）
• [Presentation] プロテアーゼを用いたアミロイド線維の分解による新規ナノ構造体の作製 (2017)
  • Author(s): 龍見栄太、川田原瑠勇、原田陽滋、浜田芳男、臼井健二
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会2017
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市）
• [Presentation] 難水溶性物質の検出が可能なペプチド固定化樹脂を用いた皮膚感作性試験法の開発１ ―光切断リンカー含有ペプチド固定化樹脂を用いた改良 DPRA 法― (2016)
  • Author(s): 南野祐槻、宮崎洋、目片秀明、高石雅之、山下邦彦、臼井健二
  • Organizer: 第29回日本動物実験代替法学会
  • Place of Presentation: 九州大学医学部百年講堂（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2016-11-16
• [Presentation] 難水溶性物質の検出が可能なペプチド固定化樹脂を用いた皮膚感作性試験法の開発２ ―チオール基またはアミノ基の検出試薬を用いた分光光度計による改良 DPRA 法― (2016)
  • Author(s): 目片秀明、南野祐槻、宮崎洋、高石雅之、池田英史、山下邦彦、臼井健二
  • Organizer: 第29回日本動物実験代替法学会
  • Place of Presentation: 九州大学医学部百年講堂（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2016-11-16
• [Presentation] New N-Terminal Degradation Reaction of Peptides: Application to a Decapeptide (2016)
  • Author(s): Y. Hamada, K. Usui
  • Organizer: 第53回ペプチド討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-10-26
• [Presentation] Studies of the Systematically Designed Pore-Forming Peptides Using Channel Current Recording (2016)
  • Author(s): Y. Sekiya, H. Watanabe, K. Usui, R. Kawano
  • Organizer: 第53回ペプチド討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-10-26
• [Presentation] Practical Applications of Peptide Microarray for Detection of Saliva Forcusing on Periodontal Disease (2016)
  • Author(s): Y. Tominaga, K. Usui, A. Hirata, A. Kitagawa, H. Ito, K. Nokihara
  • Organizer: 第53回ペプチド討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-10-26
• [Presentation] Construction of Nanocomposites by Multiple Mineralization Using DNAs and Designed Peptides (2016)
  • Author(s): M. Ozaki, Y. Hamada, T. Imai, K.-y. Tomizaki, K. Usui
  • Organizer: 第53回ペプチド討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-10-26
• [Presentation] 異なる偏波のマイクロ波が及ぼすペプチドによるバイオミネラリゼーションへの影響 (2016)
  • Author(s): 富樫浩行、圓東那津実、有本米次郎、裏鍛武史、大沢隆二、臼井健二
  • Organizer: 第10回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学青葉山東キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-10-13
• [Presentation] 人工ペプチドとDNAを用いた二種の無機物沈殿による有機-無機ナノ構造体の形状制御 (2016)
  • Author(s): 尾崎誠、山田葵、富崎欣也、臼井健二
  • Organizer: 第10回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: もてなしドーム地下イベント広場（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-07
• [Presentation] A Novel N-Terminal Degradation Reaction of Peptides via Guanidine Derivatives (2016)
  • Author(s): Y. Hamada, K. Usui
  • Organizer: The 34th European Peptide Symposium and the 8th International Peptide Symposium
  • Place of Presentation: Leipzig (Germany)
  • Year and Date: 2016-09-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Site-Specific Control for Silica and Calcium Carbonate Mineralization Using a PNA Peptide and DNA (2016)
  • Author(s): M. Ozaki, K.-y. Tomizaki, Y. Hamada, K. Usui
  • Organizer: The 34th European Peptide Symposium and the 8th International Peptide Symposium
  • Place of Presentation: Leipzig (Germany)
  • Year and Date: 2016-09-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Monomerization and Fibrillation Methods for Fibrosis Peptides Using SPPS Microbeads (2016)
  • Author(s): K. Usui, S. Hikida, Y. Minamino, R. Okahira, Y. Hamada
  • Organizer: The 34th European Peptide Symposium and the 8th International Peptide Symposium
  • Place of Presentation: Leipzig (Germany)
  • Year and Date: 2016-09-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ペプチド-核酸複合ナノ構造体を形成する線維化ペプチドと二次構造形成DNAの探索 (2016)
  • Author(s): 下岡正幸、岡田亜梨沙、柳原太志、臼井健二
  • Organizer: 日本化学会第96回春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-26
• [Presentation] ペプチドと核酸の人工複合二次構造を用いた刺激応答感覚素子の作製 (2016)
  • Author(s): 臼井健二
  • Organizer: 第7回新学術領域分子ロボティクス領域会議
  • Place of Presentation: ホテルたつき（愛知県蒲郡市）
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] 安全性試験代替法におけるペプチドマイクロアレイの応用展開の可能性 (2016)
  • Author(s): 臼井健二
  • Organizer: 第29回日本動物実験代替法学会
  • Place of Presentation: 九州大学医学部百年講堂(福岡県福岡市)
  • Invited
• [Presentation] ペプチド樹脂を用いた分子認識に基づく新規皮膚感作性試験法 (2016)
  • Author(s): 臼井健二
  • Organizer: 2016年ハイペップ研究所第15回紅葉ワークショップ
  • Place of Presentation: ハイペップ研究所(京都府京都市)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] アミロイド線維に対して酵素を用いて分解反応を行うことによるナノ構造体の構築 (2016)
  • Author(s): 龍見栄太、柳原太志、川田原瑠勇、原田陽滋、浜田芳男、臼井健二
  • Organizer: 第33回関西地区ペプチドセミナー
  • Place of Presentation: 近畿大学東大阪キャンパス（大阪府東大阪市）
• [Presentation] 人工ペプチドを用いた疎水性の高い物質の検出が可能な改良皮膚感作性試験法の確立 (2016)
  • Author(s): 南野祐槻、岡平理湖、宮崎洋、目片秀明、山下邦彦、浜田芳男、臼井健二
  • Organizer: 第33回関西地区ペプチドセミナー
  • Place of Presentation: 近畿大学東大阪キャンパス（大阪府東大阪市）
• [Presentation] ペプチドを用いたミネラリゼーションによる二種の無機物から成るナノ構造体の作製と応用 (2016)
  • Author(s): 尾崎誠、坂下峻吾、今井崇人、富崎欣也、臼井健二
  • Organizer: 第33回関西地区ペプチドセミナー
  • Place of Presentation: 近畿大学東大阪キャンパス（大阪府東大阪市）
• [Presentation] Construction of Organic-Inorganic Nanostructures by Site-Specific Precipitations on DNAs using Artificial Peptides. (2016)
  • Author(s): M. Ozaki, T. Imai, K.-y. Tomizaki, K. Usui
  • Organizer: CBI学会2016年大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
• [Presentation] 南野祐槻、臼井健二 (2016)
  • Author(s): 様々な物質の試験が可能な人工ペプチドを用いた改良皮膚感作性試験法の確立
  • Organizer: 第４８回若手ペプチド夏の勉強会
  • Place of Presentation: 八王子セミナーハウス（東京都八王子市）
• [Presentation] Control of Site-Specific Silica and Calcium Precipitation on DNA Using a Designed Peptide (2015)
  • Author(s): M. Ozaki, N. Endo, T. Imai, K. Tomizaki, K. Usui
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Honolulu （U.S.A.）
  • Year and Date: 2015-12-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Designed Peptides with a Secondary Structure for Use in Nanobiotechnology (2015)
  • Author(s): K. Usui
  • Organizer: 第52回ペプチド討論会
  • Place of Presentation: 平塚中央公民館（神奈川県平塚市）
  • Year and Date: 2015-11-18
  • Invited
• [Presentation] PNA Peptide for Site-Specific Mineralization of Two Different Inorganic Compounds Using DNAs (2015)
  • Author(s): M. Ozaki, N. Endo, A. Yamada, T. Imai, K.-y. Tomizaki, K.i Usui
  • Organizer: 第52回ペプチド討論会
  • Place of Presentation: 平塚中央公民館（神奈川県平塚市）
  • Year and Date: 2015-11-16
• [Presentation] Novel Ribbon-Like Nano Structures by Combination of Amyloid-beta Peptides with Guanine-Rich DNAs (2015)
  • Author(s): M. Shimooka, A. Okada, K. Usui
  • Organizer: 第52回ペプチド討論会
  • Place of Presentation: 平塚中央公民館（神奈川県平塚市）
  • Year and Date: 2015-11-16
• [Presentation] Control of DNA Nanostructure Formation by Using a G-Rich-DNA Binding Artificial Peptide and a Protease (2015)
  • Author(s): K. Usui, M. Shimooka, A. Okada
  • Organizer: CBI学会2015年大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2015-10-27
• [Presentation] アミロイド線維形成ペプチドと G-wire 形成 DNA の複合による新規リボン状ナノ構造体の構築 (2015)
  • Author(s): 下岡正幸、岡田亜梨沙、柳原太志、臼井健二
  • Organizer: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス（熊本県熊本市）
  • Year and Date: 2015-09-11
• [Presentation] 核酸と無機物沈殿配列を有するPNAペプチドを用いたバイオミネラリゼーションの位置特異的制御 (2015)
  • Author(s): 臼井健二、尾崎誠、圓東那津実、西山浩人、山田葵、富崎欣也
  • Organizer: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス（熊本県熊本市）
  • Year and Date: 2015-09-11
• [Presentation] 設計ペプチドを用いた無機物の位置特異的ミネラリゼーション制御による有機-無機ナノ構造体の構築 (2015)
  • Author(s): 尾崎誠、臼井健二
  • Organizer: 第47回若手ペプチド夏の勉強会
  • Place of Presentation: アスティかたおか（長野県塩尻市）
  • Year and Date: 2015-08-10
• [Presentation] ペプチドとG-rich核酸の複合二次構造を 利用したプロテアーゼ応答感覚素子の作製 (2015)
  • Author(s): 臼井健二
  • Organizer: 第２回分子ロボティクス若手の会
  • Place of Presentation: 東京工業大学田町キャンパス（東京都港区）
  • Year and Date: 2015-08-01
• [Remarks] 臼井研究室・業績ページ
  • URL: http://www.konan-u.ac.jp/hp/FIRST_usui/papers.html
• [Remarks] 甲南大学・研究者総覧（臼井健二）
  • URL: http://researchers.adm.konan-u.ac.jp/html/511_ja.html
• [Remarks] 甲南大学フロンティアサイエンス学部・業績リスト（臼井健二）
  • URL: http://www.konan-first.jp/database/search.php?keyword=&author=2&from_year=0&to_year=0&searchEssay=Search&hideInfo=essay#resultList
• [Remarks] 甲南大学の研究力（臼井健二）
  • URL: http://www.konan-u.ac.jp/front/activities/research/011/index.html
• [Remarks] 臼井研究室
  • URL: http://www.usui-lab.com/index.html
• [Remarks] 学部・業績データベース
  • URL: http://www.konan-first.jp/database/search.php?keyword=&author=2&from_year=0&to_year=0&searchEssay=Search&hideInfo=essay#resultList
• [Patent(Industrial Property Rights)] 樹脂固定ペプチド (2016)
  • Inventor(s): 臼井健二、目片秀明、宮崎洋、山下邦彦
  • Industrial Property Rights Holder: 学校法人甲南学園・株式会社マンダム・株式会社ダイセル
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-092094
  • Filing Date: 2016-04-28
• [Patent(Industrial Property Rights)] 被験物質の皮膚感作性の検定方法 (2016)
  • Inventor(s): 臼井健二、目片秀明、宮崎洋、山下邦彦
  • Industrial Property Rights Holder: 株式会社マンダム・株式会社ダイセル
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-092093
  • Filing Date: 2016-04-28
• [Patent(Industrial Property Rights)] 被験物質の皮膚感作性の評価方法、及び樹脂固定ペプチド (2016)
  • Inventor(s): 臼井健二、目片秀明、宮崎洋、山下邦彦
  • Industrial Property Rights Holder: 学校法人甲南学園・株式会社マンダム・株式会社ダイセル
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-194496
  • Filing Date: 2016-09-30