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反応経路解析を応用した超解像イメージングプローブ開発法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 17J10083
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 物理系薬学
研究機関東京大学

研究代表者

橘 椋  東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード超解像イメージング / 量子化学計算 / 蛍光プローブ / 量子計算化学 / 反応速度論 / 反応経路解析 / 計算化学 / 分子設計
研究実績の概要

本年度では、まず初めに昨年度で確立したHMR類の分子内環化反応速度の予測法の適用範囲を広げるべく、さらなる理論的考察を行った。昨年度までに考案していた方法では、スピロ環化反応を担う求核性官能基としてhydroxymethyl基を有するものしか計算を行うことはできなかった。そこで、この方法を元にaminoxymethyl基を有する誘導体群にも適用できるようにモデルの拡張を行い、正確な自由エネルギー計算を実現する溶媒効果の見積もり等の条件を最適化した。さらに昨年度に報告した黄色蛍光を有する新規超解像イメージングプローブについて合成及びタグタンパク質へのラベル化を用いた生細胞超解像イメージングに成功し、タンパク質への結合のさせ方の違い(タグリガンドの伸長方向・位置への依存性など)についても興味深い知見を得た。
これらと並行して、量子化学計算プログラムであるGaussian09を効率的に運用するためのpythonプログラムを開発し、発展的な解析を行った。一つ目に、計算法における水和配置の蓋然性検証のため、色素周辺の溶媒水分子の作用をランダムモンテカルロ法により最大化するプログラムを開発し、これをもって昨年度までに開発してきた方法が計算方法の制約の下で最適な方法であることを示した。二つ目に、算出された自由エネルギーの導出過程を詳しく要素分解し、化合物の誘導体化によるスピロ環化特性への影響が大きい位置を判断するプログラムを開発した。これを用いて、これまで誘導体化の例が少なかった置換位置の効果を見積もり、実際に合成して一致を見ることによってこれまで知られてこなかった分子設計戦略の発見に繋げた。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Establishment of Molecular Design Strategy To Obtain Activatable Fluorescent Probes for Carboxypeptidases2018

    • 著者名/発表者名
      Kuriki Yugo、Kamiya Mako、Kubo Hidemasa、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Tachibana Ryo、Hayashi Kento、Hanaoka Kenjiro、Yamashita Suguru、Ishizawa Takeaki、Kokudo Norihiro、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 140 号: 5 ページ: 1767-1773

    • DOI

      10.1021/jacs.7b11014

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 量子化学計算を応用した超解像イメージングプローブの精密設計法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      ○橘椋, 神谷真子, 鈴木聡, 諸熊奎治, 吉原利忠, 飛田成史, 浦野泰照
    • 学会等名
      科研費新学術Resonance Bio 全体会議2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 計算化学を駆使した蛍光プローブ及び酵素活性の理論的設計法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      ○橘椋, 神谷真子, 吉原利忠, 飛田成史, 浦野泰照
    • 学会等名
      第51回若手ペプチド夏の勉強会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Hydroxymethyl Rhodamine類の分子内反応を応用した非経験的蛍光プローブ設計法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      ○橘椋, 神谷真子, 鈴木聡, 諸熊奎治, 浦野泰照
    • 学会等名
      日本ケミカルバイオロジー学会 第13回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 量子化学計算を活用した非経験的分子設計法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      ○橘椋, 神谷真子, 鈴木聡, 諸熊奎治, 浦野泰照
    • 学会等名
      第50回若手ぺプチド夏の勉強会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Non-empirical Design of Spontaneously Blinking Fluorophores for Super-resolution Imaging2018

    • 著者名/発表者名
      ○Ryo Tachibana, Mako Kamiya, Toshitada Yoshihara, Seiji Tobita, Yasuteru Urano
    • 学会等名
      ”Resonance Bio” International Joint Meeting on Bioimaging for Young Researchers
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 溶媒としての水分子を考慮した量子化学計算に基づく新規蛍光プローブの開発2017

    • 著者名/発表者名
      橘椋、神谷真子、鈴木聡、諸熊奎治、浦野泰照
    • 学会等名
      第30回バイオメディカル分析科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Calculation of intramolecular Reaction of Hydroxymethyl Rhodamine Derivatives for Development of Fluorescent Probes Based on Computational Chemistry2017

    • 著者名/発表者名
      橘椋、神谷真子、鈴木聡、諸熊奎治、浦野泰照
    • 学会等名
      CBI学会2017年大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] ペプチダーゼ活性検出用赤色蛍光プローブ2018

    • 発明者名
      浦野泰照、神谷真子、橘 椋
    • 権利者名
      国立大学法人 東京大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 外国

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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