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水溶液中における蛍光タンパク質発色団部位の選択的赤外分光計測

研究課題

研究課題/領域番号 21K14592
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関岡山理科大学

研究代表者

高橋 広奈  岡山理科大学, 理学部, 講師 (00803529)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード共鳴IR法 / 蛍光タンパク質 / 発色団 / 赤外分光計測 / 振動緩和過程 / 赤外スペクトル / 蛍光タンパク質発色団 / 過渡蛍光検出赤外分光法 / 顕微鏡技術
研究開始時の研究の概要

本研究で「水溶液中における蛍光タンパク質発色団部位の選択的赤外分光計測」を行い、発色団部位のみの局所的な構造解析に取り組む。具体的には申請者らの開発した、過渡蛍光検出赤外(TFD-IR)分光法と顕微鏡技術を組み合わせた共鳴IR法により、①振動数から発色団部位の分子構造を同定する、②信号増強されるバンドから電子励起状態における構造変化を明らかにする、③バンドごとの振動緩和速度から周囲のタンパク質との相互作用を解明する、を行う。発色団部位の分子構造、電子状態および周囲のタンパク質との相互作用が、吸収・発光特性に与える影響を解明し、将来的には新規蛍光タンパク質の設計・開発へのフィードバックを目指す。

研究成果の概要

本研究で、水溶液中における蛍光タンパク質発色団部位の選択的赤外分光計測を行い、発色団部位の局所的な構造解析に取り組んだ。具体的には、類似の発色団を持ちながら蛍光・発光特性のことなる蛍光タンパク質をターゲットに、申請者らの開発した、過渡蛍光検出赤外(TFD-IR)分光法と顕微鏡技術を組み合わせた共鳴IR法により、蛍光タンパク質発色団のみの赤外スペクトル測定を行い、振動数から発色団部位の分子構造を同定した。さらに、バンドごとの振動緩和速度を計測し、周囲のタンパク質との相互作用について議論を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究ではTFD-IR分光法と顕微鏡技術を利用した共鳴IR法により、蛍光タンパク質発色団部位の選択的な赤外分光計測法を確立し、発色団の分子構造、電子状態および周囲との相互作用が吸収・発光特性にどのように影響するのか議論を行った。希薄な水溶液中においても高いS/N比で蛍光タンパク質発色団部位の赤外分光計測に成功しているが、これは共鳴IR法でのみ実現できる新規かつ唯一のものであり、従来の振動分光法では達成しえなかった成果である。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 3件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Identification of a Functionally Efficient and Thermally Stable Outward Sodium-Pumping Rhodopsin (<i>Be</i>NaR) from a Thermophilic Bacterium2023

    • 著者名/発表者名
      Kurihara Marie、Thiel Vera、Takahashi Hirona、Kojima Keiichi、Ward David M.、Bryant Donald A.、Sakai Makoto、Yoshizawa Susumu、Sudo Yuki
    • 雑誌名

      CHEMICAL & PHARMACEUTICAL BULLETIN

      巻: 71 号: 2 ページ: 154-164

    • DOI

      10.1248/cpb.c22-00774

    • ISSN
      0009-2363, 1347-5223
    • 年月日
      2023-02-01
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Stepwise generation of spin-polarized radicals and their reactions in the photolysis of an oxime ester compound as studied by pulsed EPR spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Hirona Takahashi, Hiroki Hirano, Akio Kawai
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry

      巻: 441 ページ: 114690-114690

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2023.114690

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective IR super-resolution imaging of β-keratins at the bulk or interface in feather detected by using a nonlinear optical process2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Hirona、Katayama Kohei、Sakai Makoto
    • 雑誌名

      Biophysical Chemistry

      巻: 292 ページ: 106935-106935

    • DOI

      10.1016/j.bpc.2022.106935

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pulsed EPR Study of the Initial Steps of Radical-Scavenging Reactions of C70 with Diphenylphosphine Oxide, Hydroxycyclohexyl, and 2-Hydroxypropyl Radicals2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Hirano, Hirona Takahashi, Akio Kawai
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 126 号: 32 ページ: 6074-6082

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c03398

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Selective IR measurement of chromophore of fluorescent proteins as studied by resonance IR method2023

    • 著者名/発表者名
      Hirona Takahashi, Makoto Sakai
    • 学会等名
      The 8th Asian Spectroscopy Conference (ASC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Selective IR super-resolution imaging of β-keratins at the bulk or interface in feather detected by a nonlinear optical process2023

    • 著者名/発表者名
      Hirona Takahashi, Makoto Sakai
    • 学会等名
      The 8th Asian Spectroscopy Conference (ASC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 共鳴IR法を利用した蛍光タンパク質発色団部位の選択的赤外分光計測2023

    • 著者名/発表者名
      高橋広奈, 酒井誠
    • 学会等名
      第17回分子科学討論会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Novel method for IR measurements of biomolecules by two-color laser spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Hirona Takahashi
    • 学会等名
      Rokkakubashi International;Workshop on Physical Chemistry
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 共鳴IR法による蛍光タンパク質発色団部位の選択的赤外スペクトル測定2023

    • 著者名/発表者名
      高橋広奈, 酒井誠
    • 学会等名
      2023年日本化学会中国四国支部大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 2種類の赤外超解像顕微鏡を用いた動物毛の内部構造観察2023

    • 著者名/発表者名
      古和田丈人, 野津山駿, 高橋広奈, 酒井誠
    • 学会等名
      2022年度分光学会生細胞分光部会研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 赤外超解像顕微鏡による毛髪の内部構造観察―熱処理・化学処理の影響について―2023

    • 著者名/発表者名
      岡野夏暉, 石川大翔, 高橋広奈, 酒井誠
    • 学会等名
      2022年度分光学会生細胞分光部会研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 赤外超解像顕微鏡による爪ケラチンタンパク質の分布・配向観察2022

    • 著者名/発表者名
      高橋広奈、片山康平、伊田哲也、酒井誠
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 非線形光学過程を利用した2種類の赤外超解像顕微鏡による生体試料の観察2022

    • 著者名/発表者名
      高橋広奈、酒井誠
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 赤外超解像顕微鏡による爪ケラチンタンパク質の分布・配向観察2022

    • 著者名/発表者名
      高橋広奈、伊田哲也、片山康平、酒井誠
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 赤外光を含む二波長レーザー分光法を使った超解像技術とその応用2022

    • 著者名/発表者名
      高橋広奈
    • 学会等名
      神戸大セミナー
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 動的スピン分極を利用した光物理や光化学過程の解明2022

    • 著者名/発表者名
      高橋広奈
    • 学会等名
      第61回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] IR measurement of fluorescent biological molecules in aqueous solution by resonance IR spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Hirona Takahashi, Makoto Sakai
    • 学会等名
      The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societie
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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