| 研究課題/領域番号 |
20H02701
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
八木 清 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (30401128)
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| 研究分担者 |
花岡 健二郎 慶應義塾大学, 薬学部(芝共立), 教授 (70451854)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2020年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
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| キーワード | QM/MM計算 / 蛍光イメージング / タンパク質・リガンド相互作用 / 蛍光プローブ / 分子動力学計算 / 量子化学 / イメージング / 蛍光プローブ分子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
蛍光イメージングは、標的タンパク質を蛍光ラベル化することで、細胞内動態の直接観察を可能にする、生命科学研究に必要不可欠な手法である。最近、タグタンパク質-蛍光プローブが新たなラベル化手法として注目を集めている。しかし、その光機能制御にはまだ課題があり、タグタンパク質-蛍光プローブの相互作用と光化学過程に対する基礎的な理解が求められている。本課題では、量子化学（QM）計算と分子力場（MM）を組み合わせたQM/MM法を用いて、タンパク質環境にある蛍光プローブの構造とダイナミクスを計算する。計算化学と有機合成化学で共同し、タンパク質と特異的に結合し、発光する新規蛍光プローブの設計を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、量子化学（QM）計算と分子力場（MM）を組み合わせたQM/MM法を用いて、タンパク質環境にある蛍光プローブの構造とダイナミクスを計算した。タンパク質と蛍光プローブの結合状態、電子励起により誘起される構造変化を求め、蛍光発光の分子機構を解明した。得られた知見に基づき、タンパク質と特異的に結合し、発光する新規蛍光プローブを設計することに成功した。この研究成果を報告した論文がJACS誌に掲載された(JACS 2022, 144, 19778-19790)。また、計算・合成の両面において、技術的な進展も大いにあり、関連する論文発表１５報、学会発表２６件（招待講演２０件）となった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
蛍光イメージングは、標的タンパク質を蛍光ラベル化することで、その細胞内動態の直接観察を可能にする、生命科学研究に必要不可欠な手法である。最近、タグタンパク質-蛍光プローブが新たなラベル化手法として注目を集めているが、その光機能制御にはまだ課題があった。本研究では、理論計算と有機合成で共同し、蛍光プローブとタンパク質の相互作用と光化学過程を原子レベルで解明し、「結合すると光る」新しい性質を持った蛍光プローブの設計に成功した。本研究で得られた技術は生体環境中の光機能分子へ広く適用できる。今後、特定のタンパク質の蛍光標識や光免疫療法に有効なプローブ分子の分子設計など、幅広い応用の可能性がある。
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