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タンパク質の機能発現における水素結合の役割に関するクライオ1分子観察による研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H02672
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

松下 道雄  東京工業大学, 理学院, 准教授 (80260032)

研究分担者 伊関 峰生  東邦大学, 薬学部, 教授 (60414009)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
キーワード1分子分光 / タンパク質 / 水素結合 / 1分子観察 / フラビン / 光センサー / 光応答 / 酵素 / PAC / アデニル酸シクラーゼ / 光活性 / 低温顕微法 / 光センサータンパク質
研究開始時の研究の概要

応募課題の目的は、タンパク質の活性化における水素結合の役割を研究することにある。 そのモデル系として、光活性化酵素(OaPAC, Oscillatoria acuminata Photoactivated adenylyl cyclase)のクライオ1分子観察をおこなう。OaPACは酵素反応に関 わる水素結合を光でコントロールできる分子であり、水素結合とタンパク質活性との関わりを研究するのに最適な研究対象である。

研究成果の概要

本研究課題は、タンパク質の機能発現における水素結合の役割に関するクライオ1分子観察による研究である。その成果として、クライオ1分子分光を行うと、光合成アンテナタンパク質複合体にあるクロロフィルの特定の水素結合を観察できることを実験的に実証した。このタンパク質複合体には、数千個のCO結合があるにも関われず、色素結合サイトの少数のCO結合が独占的に観察されることをしめした。これは、世界初の発見であり、学術的にも大きな進歩である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で得られた実験法は、1個のタンパク質中の活性な場所である色素結合サイトの水素結合状態を見ることができる方法であり、物理学、物理化学的に大きな意義のある方法である。これを、生体検査などにも応用すれば、社会的に重要な手法になると考えている。

報告書

(4件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Energy transfer fluctuation observed by single-molecule spectroscopy of red-shifted bacteriochlorophyll in the homodimeric photosynthetic reaction center2022

    • 著者名/発表者名
      Kondo Toru、Mutoh Risa、Arai Shun、Kurisu Genji、Oh-oka Hirozo、Fujiyoshi Satoru、Matsushita Michio
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 156 号: 10 ページ: 105102-105102

    • DOI

      10.1063/5.0077290

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Variable immersion microscopy with a high numerical aperture2021

    • 著者名/発表者名
      Keita Ishida, Kanta Naruse, Yuta Mizouchi, Yoshihiro Ogawa, Michio Matsushita, Takeshi Shimi, Hiroshi Kimura, Satoru Fujiyoshi
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 46 号: 4 ページ: 856-859

    • DOI

      10.1364/ol.416006

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cryogenic Single-Molecule Spectroscopy of the Primary Electron Acceptor in Photosynthetic Reaction Center2020

    • 著者名/発表者名
      T. Kondo, R. Mutoh, H. Tabe, G. Kurisu, H. Oh-oka, S. Fujiyoshi, and M. Matsushita
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Lett.

      巻: - 号: 10 ページ: 3980-3986

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c00891

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cryogenic Far-Field Fluorescence Nanoscopy: Evaluation with DNA Origami2020

    • 著者名/発表者名
      Furubayashi Taku、Ishida Keita、Nakata Eiji、Morii Takashi、Naruse Kanta、Matsushita Michio、Fujiyoshi Satoru
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 号: 35 ページ: 7525-7536

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c04721

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Aberration-corrected cryogenic objective mirror with a 0.93 numerical aperture2019

    • 著者名/発表者名
      Fujiwara Masanori、Ishii Takaki、Ishida Keita、Toratani Yasuharu、Furubayashi Taku、Matsushita Michio、Fujiyoshi Satoru
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 115 号: 3 ページ: 033701-033701

    • DOI

      10.1063/1.5110546

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanometer Accuracy in Cryogenic Far-Field Localization Microscopy of Individual Molecules2019

    • 著者名/発表者名
      Furubayashi Taku、Ishida Keita、Kashida Hiromu、Nakata Eiji、Morii Takashi、Matsushita Michio、Fujiyoshi Satoru
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 10 号: 19 ページ: 5841-5846

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.9b02184

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 近赤外蛍光プローブを利用した三次元ナノスコピー2021

    • 著者名/発表者名
      成瀬寛太, 武藤慶, 宮崎龍也, 山口潤一郎, 松田剛, 溝内雄太, 志見剛, 木村宏, 松下道雄, 藤芳暁
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 波動光学による光シート顕微鏡の照射系に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      湯本達也, 藤芳暁, 松下道雄
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 温度4 Kにおける光干渉計による試料ステージの安定化についての研究2021

    • 著者名/発表者名
      神谷直輝, 滝島研人, 藤芳暁, 松下道雄
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 可変浸レンズ:実験とシミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      成瀬寛太、石田啓太、溝内雄太、松下道雄、志見剛、木村宏、藤芳暁
    • 学会等名
      分子科学会 オンライン討論
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 反応性FRETペアによる細胞内標識2020

    • 著者名/発表者名
      溝内雄太、成瀬寛太、松下道雄、工藤史貴、佐藤優子、木村宏、藤芳暁
    • 学会等名
      分子科学会 オンライン討論
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 液中の深いところの顕微観察を可能にする可変浸レンズ2020

    • 著者名/発表者名
      成瀬寛太、石田啓太、溝内雄太、松下道雄、志見剛、木村宏、藤芳暁
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 開口数0.93の収差補正クライオ対物鏡の開発2019

    • 著者名/発表者名
      石井啓暉, 虎谷泰靖, 藤原正規, 石田啓太, 藤芳暁, 松下道雄
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 高開口数蛍光顕微鏡の界面屈折に由来する収差の研究:メニスカスレンズによる収差補正2019

    • 著者名/発表者名
      石田啓太, 藤芳暁, 松下道雄
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 温度安定化循環水によるクライオ蛍光顕微鏡のナノレベル安定化2019

    • 著者名/発表者名
      滝島研人, 古林琢, 松下道雄, 藤芳暁
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] クライオ蛍光顕微鏡による分子確度イメージングの実現2019

    • 著者名/発表者名
      古林 琢、中田栄司、森井孝、藤芳暁、松下道雄
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 三次元カメラ共焦点顕微鏡によるクライオ1分子イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      松田剛、古林 琢、松下道雄、藤芳暁
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] DNAオリガミを用いたクライオ超解像蛍光イメージング用色素の探索2019

    • 著者名/発表者名
      溝内雄太、石井啓暉、中田栄司、森井孝、藤芳暁、松下道雄
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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