光受容体ロドプシンとDNA・RNA螺旋構造における弱い相互作用の理論研究

• 研究課題/領域番号: 15K05408
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 特定非営利活動法人量子化学研究協会
• 研究代表者: 宮原 友夫 特定非営利活動法人量子化学研究協会, 研究所, 部門長 (70397595)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 弱い相互作用 / DNA・RNA / 光生命科学 / シミュレーション

研究成果の概要

DNAとRNAの二重螺旋構造の円二色性(CD)スペクトルの295nmの符号は、右巻と左巻だけでなくDNAとRNAでも異なっている。SAC-CI CDスペクトルはDNAとRNAの実験スペクトルを再現し、核酸塩基対間のスタッキング相互作用の強さが295nmに現れる負のピークの起源であることを解明した。
光駆動イオン輸送型ロドプシンにはH+を輸送するバクテリオロドプシン、Cl-を輸送するハロロドプシン、Na+を輸送するロドプシンがあり、異なる波長の光を吸収して、異なるイオンを輸送する。SAC-CI研究により、各中間体のレチナール周辺の構造を明らかにし、各ロドプシンのイオン輸送機構を解明した。

研究成果

• [雑誌論文] Accuracy of Td-DFT in the Ultraviolet and Circular Dichroism Spectra of Deoxyguanosine and Uridine (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Miyahara and Hiroshi Nakatsuji
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 122 号: 1 ページ: 100-118
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.7b09733
  • 査読あり
• [雑誌論文] Circular Dichroism Spectroscopy with the SAC-CI methodology: A ChiraSac Study (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Miyahara and Hiroshi Nakatsuji
  • 雑誌名: Frontiers of Quantum Chemistry ページ: 21-47
  • DOI: 10.1007/978-981-10-5651-2_2
  • ISBN: 9789811056505, 9789811056512
  • 査読あり
• [雑誌論文] Similarities and Differences between RNA and DNA Double-Helical Structures in Circular Dichroism Spectroscopy: A SAC-CI Study (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Miyahara, Hiroshi Nakatsuji, Hiroshi Sugiyama
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 120 号: 45 ページ: 9008-9018
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.6b08023
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Indicator of the Stacking Interaction in the DNA Double-Helical Structure: ChiraSac Study (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Miyahara and Hiroshi Nakatsuji
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 119 号: 30 ページ: 8269-8278
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.5b02848
  • 査読あり
• [学会発表] NO2-の光電子スペクトルとDNA二重螺旋構造の円二色性スペクトル：SAC-CI理論研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮原 友夫
  • 学会等名: 日本分光学会遠紫外分光部会 第3回講演会「遠/深紫外光と材料物性」
  • 招待講演
• [学会発表] Light-Driven Ion-Pumping Mechanism of Rhodopsins: SAC-CI Study (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Miyahara, Hiroshi Nakatsuji
  • 学会等名: International Symposium on Bioiphysics of Rhodopsins
  • 国際学会
• [学会発表] 光駆動イオン輸送ロドプシンのメカニズム：SAC-CI 理論による研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮原 友夫、中辻 博
  • 学会等名: 第２０回理論化学討論会
• [学会発表] SAC-CI法による光受容膜蛋白質の理論的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮原 友夫、中辻 博
  • 学会等名: 第１１回分子科学討論会 仙台
• [学会発表] Photoelectron Spectrum of NO2- and Circular Dichroism Spectra of DNA Double-Helical Structures: SAC-CI study (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Miyahara
  • 学会等名: The 11th Japanese-Russian workshop, Awaji Yumebutai International Conference Center
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 光駆動イオン輸送型ロドオプシンのイオン輸送メカニズムの解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮原 友夫、中辻 博
  • 学会等名: 第14回京都大学福井謙一記念研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 京都大学福井謙一記念研究センター（京都）
• [学会発表] 光駆動イオン輸送型ロドオプシンのイオン輸送メカニズムの解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮原 友夫、中辻 博
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会2016神戸
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（神戸）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] DNA とRNA の二重螺旋構造と円二色性スペクトル：SAC-CI 理論による研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮原 友夫、中辻 博
  • 学会等名: 第4回CUTEシンポジウム：コンピュータ化学「京コンピュータと理論化学」
  • 発表場所: 三重大学（津）
  • 招待講演
• [学会発表] Indicator of the Stacking Interaction in the Double-Helical Structures of DNA and RNA ChiraSac Study (2015)
  • 著者名/発表者名: Ｔｏｍｏｏ Ｍｉｙａｈａｒａ and Hiroshi Nakatsuji
  • 学会等名: 6th Japan-Czech-Slovakia International Symposium on Theoretical Chemistry
  • 発表場所: Smolenice Castle near Bratislava, Slovakia
  • 年月日: 2015-10-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 生体分子の円二色性スペクトルに関する理論研究： SAC-CI ChiraSAC study (2015)
  • 著者名/発表者名: 宮原 友夫、中辻 博、中嶋 浩之、黒川 悠索
  • 学会等名: 第9回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [備考] 量子化学研究協会研究所ホームページ
  • URL: http://www.qcri.or.jp