ラマン円偏光二色性分光を基盤とした生体分子科学における新しい計測法の開拓

• 研究課題/領域番号: 17K05756
• 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: 佐賀大学
• 研究代表者: 海野 雅司 佐賀大学, 理工学部, 教授 (50255428)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019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); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 / 分子分光学 / 生物物理学 / 国際研究者交流 / キラリティ

研究成果の概要

本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン光学活性分光装置の更なる高感度化と、生命科学における重要課題への適用である。本手法は円二色性分光（いわゆるCD）のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に溶液中では平面構造の分子がタンパク質中ではキラルな非平面構造になることに注目し、活性中心である補欠分子の構造的な歪みを検出できることを示してきた。特に本研究では、発色団の水素面外変角振動モードのラマン光学活性バンドの強度が歪みを表す二面角と比例関係にあることを見出し、活性部位構造を調べる物差しとして使えることを明らかにできた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

タンパク質は生体内におけるさまざまな機能に関与しており、生命現象の解明という基礎研究から生体分子の工業的な応用や医療にも関係する極めて重要な生体分子の一つである。従って、タンパク質の活性部位構造を明らかにすることは生命科学における重要な研究課題であり、我々はラマン光学活性分光とよばれる手法を用いることで、色素タンパク質の活性部位構造を解析する新しい研究手段を開発することに成功した。

研究成果

• [国際共同研究] Oklahoma State University(米国)
• [国際共同研究] RMIT大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] オクラホマ州立大学/ノースイースタン大学(米国)
• [国際共同研究] サンカルロス連邦大学(ブラジル)
• [国際共同研究] RMIT大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] オクラホマ州立大学(米国)
• [雑誌論文] Size-dependent separation of graphene oxide by deformation of packed-gel in a chromatographic column (2019)
  • 著者名/発表者名: Takaoka Yuji、Esaki Shohei、Sakaguchi Koichi、Fujisawa Tomotsumi、Unno Masashi、Morisada Shintaro、Ohto Keisuke、Kawakita Hidetaka
  • 雑誌名: Separation Science and Technology 巻: 55 号: 7 ページ: 1356-1363
  • DOI: 10.1080/01496395.2019.1586726
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of the Deprotonated Pyrrole Nitrogen of the Bilin-Based Photoreceptor by Raman Spectroscopy with an Advanced Computational Analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Osoegawa Shinsuke、Miyoshi Risako、Watanabe Kouhei、Hirose Yuu、Fujisawa Tomotsumi、Ikeuchi Masahiko、Unno Masashi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 印刷中 号: 15 ページ: 3242-3247
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.9b00965
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional importance of the oligomer formation of the cyanobacterial H+ pump Gloeobacter rhodopsin (2019)
  • 著者名/発表者名: Iizuka Azusa、Kajimoto Kousuke、Fujisawa Tomotsumi、Tsukamoto Takashi、Aizawa Tomoyasu、Kamo Naoki、Jung Kwang-Hwan、Unno Masashi、Demura Makoto、Kikukawa Takashi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 10711-10711
  • DOI: 10.1038/s41598-019-47178-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Low-Temperature Raman Spectroscopy of Halorhodopsin from Natronomonas pharaonis: Structural Discrimination of Blue-Shifted and Red-Shifted Photoproducts (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa Tomotsumi、Kiyota Hayato、Kikukawa Takashi、Unno Masashi
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 58 号: 40 ページ: 4159-4167
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.9b00643
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protochromic absorption changes in the two-cysteine photocycle of a blue/orange cyanobacteriochrome (2019)
  • 著者名/発表者名: Teppei Sato, Takashi Kikukawa, Risako Miyoshi, Kousuke Kajimoto, Chinatsu Yonekawa, Tomotsumi Fujisawa, Masashi Unno, Toshihiko Eki, Yuu Hirose
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 巻: 294 号: 49 ページ: 18909-18922
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.010384
  • 査読あり
• [雑誌論文] ize-dependent separation of graphene oxide by deformation of packed-gel in a chromatographic column (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuji Takaoka、Shohei Esaki、Koichi Sakaguchi、Tomotsumi Fujisawa、Masashi Unno、Shintaro Morisada、Keisuke Ohto、Hidetaka Kawakita
  • 雑誌名: Separation Science and Technology 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectroscopic ruler for measuring active-site distortions based on Raman optical activity of a hydrogen out-of-plane vibration (2018)
  • 著者名/発表者名: Haraguchi Shojiro、Shingae Takahito、Fujisawa Tomotsumi、Kasai Noritaka、Kumauchi Masato、Hanamoto Takeshi、Hoff Wouter D.、Unno Masashi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 35 ページ: 8671-8675
  • DOI: 10.1073/pnas.1806491115
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Low-temperature Raman spectroscopy reveals small chromophore distortion in primary photointermediate of proteorhodopsin (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa Tomotsumi、Abe Masahiro、Tamogami Jun、Kikukawa Takashi、Kamo Naoki、Unno Masashi
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 592 号: 18 ページ: 3054-3061
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13219
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen Bonding Environments in the Photocycle Process around the Flavin Chromophore of the AppA-BLUF domain (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwata Tatsuya、Nagai Takashi、Ito Shota、Osoegawa Shinsuke、Iseki Mineo、Watanabe Masakatsu、Unno Masashi、Kitagawa Shinya、Kandori Hideki
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 号: 38 ページ: 11982-11991
  • DOI: 10.1021/jacs.8b05123
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Raman Optical Activity Reveals Carotenoid Photoactivation Events in the Orange Carotenoid Protein in Solution (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa Tomotsumi、Leverenz Ryan L.、Nagamine Momoka、Kerfeld Cheryl A.、Unno Masashi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 号: 30 ページ: 10456-10460
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05193
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen Bonding Environment of the N3?H Group of Flavin Mononucleotide in the Light Oxygen Voltage Domains of Phototropins (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwata Tatsuya、Nozaki Dai、Yamamoto Atsushi、Koyama Takayuki、Nishina Yasuzo、Shiga Kiyoshi、Tokutomi Satoru、Unno Masashi、Kandori Hideki
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 56 号: 24 ページ: 3099-3108
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.7b00057
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transient Resonance Raman Spectroscopy of a Light-Driven Sodium-Ion-Pump Rhodopsin from Indibacter alkaliphilus (2017)
  • 著者名/発表者名: Kajimoto Kousuke、Kikukawa Takashi、Nakashima Hiroki、Yamaryo Haruki、Saito Yuta、Fujisawa Tomotsumi、Demura Makoto、Unno Masashi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 121 号: 17 ページ: 4431-4437
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b02421
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an Azo-Based Photosensitizer Activated under Mild Hypoxia for Photodynamic Therapy (2017)
  • 著者名/発表者名: Piao Wen、Hanaoka Kenjiro、Fujisawa Tomotsumi、Takeuchi Satoshi、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Terai Takuya、Tahara Tahei、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 号: 39 ページ: 13713-13719
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Broadband Stimulated Raman Spectroscopy in the Deep Ultraviolet Region (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kuramochi, T. Fujisawa, S. Takeuchi, T. Tahara
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 印刷中 ページ: 543-546
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2017.02.015
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of an Azoreductase-based Reporter System with Synthetic Fluorogenic Substrates (2017)
  • 著者名/発表者名: Narae Shin, Kenjiro Hanaoka, Wen Piao, Takuya Miyakawa, Tomotsumi Fujisawa, Satoshi Takeuchi, Shodai Takahashi, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Takuya Terai, Tahei Tahara, Masaru Tanokura, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: ACS Chem. Biol. 巻: 12 号: 2 ページ: 558-563
  • DOI: 10.1021/acschembio.6b00852
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 分子動力学計算と量子化学計算を用いた光受容タンパク質RcaEの発色団の脱プロトン化部位の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三好 理紗子，小副川 晋介，渡邉 亘平，広瀬 侑，藤澤 知績，池内 昌彦，海野 雅司
  • 学会等名: 九重分子科学セミナー2019
• [学会発表] 同位体標識p-クマル酸を用いたPhotoactive Yellow Proteinのラマン光学活性スペクトルの帰属 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石井 寿斗，原口 翔次郎，Jie Ren，新ヶ江 貴仁，藤澤 知績，花本 猛士，Wouter D. Hoff，海野 雅司
  • 学会等名: 九重分子科学セミナー2019
• [学会発表] Raman Optical Activity of the Hydrogen Out-of-plane Vibration as a Reporter for Chromophore Distortions in a Photoreceptor Protein (2019)
  • 著者名/発表者名: Unno, Masashi; Fujisawa, Tomotsumi; Haraguchi, Shojiro; Ishii, Hisato; Hoff, Wouter D.
  • 学会等名: 10th International Conference for Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS10)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Raman optical activity observes a clear structural change of active site caused by trimer formation of halorhodopsin (2019)
  • 著者名/発表者名: Shogo Ogawa, Tomotsumi Fujisawa, Takashi Kikukawa, Masashi Unno
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Identification of the Deprotonated Pyrrole Nitrogen of the Bilin-Based Photoreceptor by Raman Spectroscopy with MD+QM/MM Analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Risako Miyoshi, Shinsuke Osoegawa, Kouhei Watanabe, Yuu Hirose, Tomotsumi Fujisawa, Masahiko Ikeuchi, Masashi Unno
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Near-IR Raman optical activity spectroscopy of inward proton pump rhodopsin (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Kuroiwa, Tomotsumi Fujusawa, Yuki Sudo, Megumi Kamimura, Saki Inoue, Masashi Unno
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Protochromic Absorption Changes in Two-Cys Photocycle of the Blue/Orange Cyanobacteriochrome (2019)
  • 著者名/発表者名: Teppei Sato, Takashi Kikukawa, Risako Miyoshi, Kosuke Kajimoto, Chinatsu Yonekawa, Tomotsumi Fujisawa, Masashi Unno, Toshihiko Eki, Yuu Hirose
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] ラマン光学活性分光法を用いた光駆動型内向きプロトンポンプロドプシンの活性部位の構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: _岩亮介，藤澤知績，須藤雄気，井上紗季，上村愛美，海野雅司
  • 学会等名: 第42回溶液化学シンポジウム
• [学会発表] ラマン光学活性で観るハロロドプシン多量体化に伴う活性部位の構造変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小川将吾，藤澤知績，菊川峰志，海野雅司
  • 学会等名: 第42回溶液化学シンポジウム
• [学会発表] ラマン光学活性分光法を用いた「内向き」プロトンポンプRmXeRの活性部位の構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒岩亮介、藤澤知績、海野雅司、須藤雄気、井上紗希
  • 学会等名: 九重分子科学セミナー2018
• [学会発表] ラマン光学活性で観るハロロドプシン多量体形成における活性部位の構造変化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小川将吾、藤澤知績、海野雅司、菊川峰志
  • 学会等名: 九重分子科学セミナー2018
• [学会発表] Raman optical activity spectroscopy of a new microbial rhodopsin with inward proton transport activity (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomotsumi Fujisawa, Ryosuke Kuroiwa, Megumi Kamimura, Saki Inoue, Yuki Sudo, Masashi Unno
  • 学会等名: 26th International Conference on Raman Spectroscopy
• [学会発表] Raman Optical Activity of the Hydrogen Out-of-plane Vibration is a Sensitive Probe of Chromophore Distortions in a Photoreceptor Protein (2018)
  • 著者名/発表者名: Shojiro Haraguchi, Takahito Shingae, Tomotsumi Fujisawa, Noritaka Kasai, Masato Kumauchi, Takeshi Hanamoto, Wouter D. Hoff, and Masashi Unno
  • 学会等名: 26th International Conference on Raman Spectroscopy
• [学会発表] Assignment of Hydrogen Out-of-Plane Vibration of the p-Coumaric Acid Chromophore in Photoactive Yellow Protein (2018)
  • 著者名/発表者名: Hisato Ishii, Shojiro Haraguchi, Jie Ren, Takahito Shingae, Tomotsumi Fujisawa, Takeshi Hanamoto, Wouter D. Hoff, Masashi Unno
  • 学会等名: 26th International Conference on Raman Spectroscopy
• [学会発表] A Spectroscopic Ruler for Measuring Active Site Distortions based on Raman Optical Activity of a Hydrogen Out-of-Plane Vibration (2018)
  • 著者名/発表者名: Shojiro Haraguchi, Takahito Shingae, Tomotsumi Fujisawa, Noritaka Kasai, Masato Kumauchi, Takeshi Hanamoto, Wouter D. Hoff, Masashi Unno
  • 学会等名: 6th International Conference on Vibrational Optical Activity
  • 国際学会
• [学会発表] Chromophore structural change in the primary photointermediate of sodium-pump rhodopsin studied by low-temperature Raman spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Yushi Nakamizo, Takashi Kikukawa, Tomotsumi Fujisawa, Masashi Unno
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Distinctively small distortion of retinal chromophore in K intermediate of proteorhodopsin observed by low-temperature Raman spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomtotsumi Fujisawa, Jun Tamogami, Takashi Kikukawa, Masashi Unno
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Poly(L-Proline)IIコンフォメーションをもつテトラアラニンのラ マン光学活性分光 (2018)
  • 著者名/発表者名: 古田雅 和・藤澤知績・浦郷寛康・新ヶ江貴仁・高橋 聡・BLANCH Ewan・海野雅司
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会 (2018)
• [学会発表] Anharmonically-coupled low frequency mode in green fluorescent protein: the assignment by QM/MM calculation (2018)
  • 著者名/発表者名: FUJISAWA, Tomotsumi; UNNO, Masashi
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会 (2018)
• [学会発表] 同位体標識 p-クマル酸を再構成した Photoactive Yellow Protein の振動スペクトルと帰属 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石井寿斗・原口翔次郎・Ren Jie・新ヶ江貴仁・藤澤知績・花本猛士・Hoff Wouter D.・海野雅司
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会 (2018)
• [学会発表] ナトリウムポンプ型ロドプシン中間体の過渡共鳴ラマン分光法による研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梶本航介、菊川峰志、中島弘貴、山領春輝、斉藤優太、藤澤知績、出村誠、海野雅司
  • 学会等名: 九重分子科学セミナー2017
• [学会発表] Raman Optical Activity of Short Peptides Analyzed by Quantum Chemical Calculations Combined with Molecular Dynamics Simulations (2017)
  • 著者名/発表者名: Masashi Unno
  • 学会等名: 16th International Conference on Chiroptical Spectroscopy 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Active Site Structures of Photoactive Yellow Protein Revealed by Spectroscopy and QM/MM Calculations (2017)
  • 著者名/発表者名: Shojiro Haraguchi, Jie Ren, Tomotsumi Fujisawa, Wouter D. Hoff, Masashi Unno
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Transient Resonance Raman Spectroscopy of a Light-Driven Sodium-Ion-Pump Rhodopsin from Indibacter alkaliphilus (2017)
  • 著者名/発表者名: Kousuke Kajimoto, Takashi Kikukawa, Hiroki Nakashima, Haruki Yamaryo, Yuta Saito, Tomotsumi Fujisawa, Makoto Demura, Masashi Unno
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Raman optical activity probes the conformation of the retinal chromophore in microbial rhodopsins (2017)
  • 著者名/発表者名: Junpei Matsuo, Takashi Kikukawa, Tomotsumi Fujisawa, Masashi Unno
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Evidence for close-to-open photoactivation of orange carotenoid protein from ultraviolet resonance Raman spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Yushi Nakamizo, Momoka Nagamine, Tomotsumi Fujisawa, Cheryl Kerfeld, Masashi Unno
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Functional importance of trimer formation of light-driven H+ pump Gloeobacter rhodopsin (2017)
  • 著者名/発表者名: Azusa Iizuka, Takashi Kikukawa, Kousuke Kajimoto, Tomotsumi Fujisawa, Takashi Tsukamoto, Tomoyasu Aizawa, Naoki Kamo, Masashi Unno
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Raman optical activity of the hydrogen out-of-plane mode is a sensitive probe of chromophore distortions in a photoreceptor protein (2017)
  • 著者名/発表者名: Masashi Unno
  • 学会等名: SciX2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 佐賀大学 海野ー藤澤研究室
  • URL: http://biophysics.chem.saga-u.ac.jp/
• [備考] 佐賀大学 海野-藤澤研究室ホームページ
  • URL: http://biophysics.chem.saga-u.ac.jp/