Ｘ線および中性子結晶構造解析による生体分子の水和水の揺らぎの解析

• 研究課題/領域番号: 23540478
• 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: 生物物理・化学物理
• 研究機関: 北里大学
• 研究代表者: 菅原 洋子 北里大学, 理学部, 教授 (10167455)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 水和構造 / 核酸 / タンパク質 / 構造転移 / 生物物理 / 蛋白質 / 水和 / 中性子構造解析 / 相転移

研究概要

生体分子の機能発現は、水和構造の揺らぎが深く関わっている。本課題では、タンパク質結晶の含水量に依存した構造転移の解析、および、ヌクレオチド等の高水和物結晶の含水量と温度に依存した構造転移の高分解能の解析をＸ線および中性子結晶構造解析などの実験的手法と、分子間相互作用に関する計算科学的手法を併用して行い、水の揺らぎと構造転移の相関を明らかにした。タンパク質の水和水の振る舞いについては、中性子非弾性散乱、計算機シミュレーションなどの解析に基づきこれまでに報告されてきた描像と良く対応する結果を得た。一方、核酸の水和水はタンパク質の水和水とは少し異なる性格を持つことが示された。

研究成果

• [雑誌論文] 相互作用から蛋白質の結晶成長を観る (2013)
  • 著者名/発表者名: 大滝正訓, 菅原洋子
  • 雑誌名: 日本結晶成長学会誌 巻: 40(2) ページ: 115-125
  • 査読あり
• [雑誌論文] L-Leucylglycylglycine (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Ootaki, Y.Nawa, T.Hiroi, H. Matsui and Y. Sugawara
  • 雑誌名: Acta Crystallogr 巻: E69
  • 査読あり
• [雑誌論文] L-Leucylglycylglycine (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Ootaki, Y. Nawa, T. Hiroi, H. Matsui and Y. Sugawara
  • 雑誌名: Acta Crystallogr. 巻: E69 号: 5 ページ: o660-o660
  • DOI: 10.1107/s1600536813008490
  • 査読あり
• [雑誌論文] 相互作用から蛋白質の結晶成長を観る (2013)
  • 著者名/発表者名: 大滝正訓、菅原洋子
  • 雑誌名: 日本結晶成長学会誌 巻: 40 ページ: 115-125
  • 査読あり
• [雑誌論文] L-Leucylglycine 0.67-hydrate and [(4S)-2, 2- dimethyl-4-(2-methylpropyl)-5-oxoim idazolidin-3-ium-1-yl]acetate (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kiyotani, Y. Sugawara
  • 雑誌名: Acta Crystallogr 巻: C68
  • 査読あり
• [雑誌論文] L-Leucylglycine 0.67-hydrate and [(4S)-2,2-dimethyl-4-(2-methylpropyl)-5- oxoimidazolidin-3-ium-1-yl]acetate (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kiyotani, Y. Sugawara
  • 雑誌名: Acta Crystallogr 巻: C68 号: 12 ページ: o498-o501
  • DOI: 10.1107/s010827011204810x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Freezing of disordered hydrogen-bonding networks observed in nucleotide hydrates (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamura, Y. Sugawara
  • 雑誌名: Acta Crystallogr 巻: A67
• [雑誌論文] Humidity-Induced Phase Transition of Xylose Isomerase (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugawara, M. Ootaki, S. Yamamura, S. Endo, and M. Nakasakob
  • 雑誌名: Acta Crystallogr 巻: A67
• [雑誌論文] Crystal structures and humidity-dependent phase transitions of Gly-L-Tyr hydrates (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kiyotani, T. Ida, S. Yamamura, Y. Sugawara
  • 雑誌名: Acta Crystallogr 巻: A67
• [雑誌論文] Humidity-induced phase transition of xylose isomerase (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugawara, M. Ootaki, S. Yamamura, S. Endo, M. Nakasako
  • 雑誌名: Acta Crystallogr. Sec. A 巻: 67
• [雑誌論文] Freezing of disordered hydrogen-bonding networks observed in nucleotide hydrates (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamura, Y. Sugawara
  • 雑誌名: Acta Crystallogr. Sec. A 巻: 67
• [雑誌論文] Crystal structures and humidity-dependent phase transitions of Gly-L-Tyr hydrates (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kiyotani, T. Ida, S. Yamamura, Y. Sugawara
  • 雑誌名: Acta Crystallogr. Sec. A 巻: 67
• [学会発表] 量子ビームで水和水の構造, 運動, 機能を観る (2014)
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子
  • 学会等名: MLF シンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場(つくば市)(依頼講演)
  • 年月日: 2014-03-19
• [学会発表] 生体分子関連物質結晶内の水和水の揺らぎと凍結 (2013)
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子
  • 学会等名: Workshop : CROSSroads of Users and J-PARC, 第8回「ナノ秒ダイナミクス系とその中性子散乱研究の将来」
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センタ-(茨城県東海村)(依頼講演)
  • 年月日: 2013-11-11
• [学会発表] クロモリンナトリウム水和物における構造の乱れの生成と消滅 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大須賀功, 山村滋典, 菅原洋子
  • 学会等名: 日本結晶学会年会
  • 発表場所: 熊本大学(熊本市)
  • 年月日: 2013-10-13
• [学会発表] グアノシン5'-一リン酸二ナトリウム水和物における擬多形間の構造転移の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 坪野谷真朗, 山村滋典, 菅原洋子
  • 学会等名: 日本結晶学年会
  • 発表場所: 熊本大学(熊本市)
  • 年月日: 2013-10-12
• [学会発表] Surface polarity and energyanalyses of protein-protein interactions in crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamura, M. Ootaki, S. Endo, T. Takahashi and Y. Sugawara
  • 学会等名: 4th International Symposium of Diffraction Structural Biology
  • 発表場所: 吹上ホール(名古屋市)
  • 年月日: 2013-05-27
• [学会発表] 粉末中性子回折データに基づくグアノシン水和物結晶中の結晶水の水素位置の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子, 山村滋典, 星川晃範, 石垣徹, 神山崇
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学(広島市)
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] Neutron analysis of hydrated compounds -Suspicion from proton coordinates in hydrate waters (2012)
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子
  • 学会等名: プロトンイオン研究会
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センタ-(茨城県東海村)
  • 年月日: 2012-11-29
• [学会発表] L-ロイシル-グリシンの温度および湿度に依存した構造転移の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 清谷多美子, 菅原洋子
  • 学会等名: 日本結晶学会平成24年度年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台市)
  • 年月日: 2012-10-26
• [学会発表] グアノシン二水和物の中性子粉末構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 保住厚兵, 山村滋典, 菅原洋子, 星川晃範, 石垣徹
  • 学会等名: 日本結晶学会平成24年度年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台市)
  • 年月日: 2012-10-25
• [学会発表] 正方晶タウマチンの含水量に依存した結晶構造転移における相互作用解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤淳美, 山村滋典, 猿渡茂, 菅原洋子
  • 学会等名: 日本結晶学会平成24年度年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台市)
  • 年月日: 2012-10-25
• [学会発表] 水和物結晶多形観測のための高温高湿度下in-situ 粉末X 線回折測定技術検証 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子, 山村滋典, 三浦圭子
  • 学会等名: 第9回SPring-8 産業利用報告会
  • 発表場所: 愛知芸術文化センター(名古屋市)
  • 年月日: 2012-09-07
• [学会発表] 粉末中性子回折データによるグアノシン水和物結晶の水素位置の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子, 山村滋典, 星川晃範, 石垣徹
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(西宮市)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] 三方晶ウマ心筋由来シトクロムc の分子間相互作用解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤潤, 山村滋典, 猿渡茂, 稲田妙子, 菅原洋子
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(西宮市)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] 粉末中性子回折データによるグアノシン水和物結晶の 水素位置の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子，山村滋典，星川晃範，石垣徹
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学（西宮）
• [学会発表] 三方晶ウマ心筋由来シトクロムcの分子間相互作用解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤潤、山村滋典、猿渡茂、稲田妙子、菅原洋子
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学（西宮）
• [学会発表] ヌクレオシド・ヌクレオチド水和物結晶の温度湿度誘起相転移を通して眺めた水和水の揺らぎと移動の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子
  • 学会等名: 平成23年度生物構造学研究会
  • 発表場所: テクノ交流館リコッティ(茨城県東海村). (依頼講演)
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] グアノシン水和物における結晶水の動的挙動の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子, 山村滋典, 石垣徹
  • 学会等名: 日本結晶学会平成23年度年会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌)
  • 年月日: 2011-11-25
• [学会発表] 正方晶タウマチンにおける含水量に依存した結晶構造転移の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤淳美, 山村滋典, 猿渡茂, 菅原洋子, 中迫雅由
  • 学会等名: 日本結晶学会平成23年度年会
  • 発表場所: 北海道大学, (札幌)
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] ウリジン5 -一リン酸二ナトリウム水和物低湿度相の構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 保住厚兵, 山村滋典, 菅原洋子, 三浦圭子
  • 学会等名: 日本結晶学会平成23年度年会
  • 発表場所: 北海道大学, (札幌)
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] ヌクレオシド・ヌクレオチド水和物結晶の温度湿度誘起相転移を通して眺めた水和水の揺らぎと移動の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子
  • 学会等名: 平成23年度生物構造学研究会(招待講演)
  • 発表場所: テクノ交流館リコッティ（東海村）
• [学会発表] ウリジン5 -一リン酸二ナトリウム水和物低湿度相の構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 保住厚兵、山村滋典、菅原洋子、三浦圭子
  • 学会等名: 日本結晶学会平成23年度年会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌）
• [学会発表] 正方晶タウマチンにおける含水量に依存した結晶構造転移の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤淳美、山村滋典、猿渡茂、菅原洋子、中迫雅由
  • 学会等名: 日本結晶学会平成23年度年会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌）
• [学会発表] グアノシン水和物における結晶水の動的挙動の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子、山村滋典、石垣徹
  • 学会等名: 日本結晶学会平成23年度年会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌）
• [学会発表] 分子動力学計算を併用した水和物結晶にみられる水和水の揺らぎと構造転移へのアプローチ
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子
  • 学会等名: 情報計算化学生物学会研究講演会
  • 発表場所: 東京大学(東京都文京区), (依頼講演)
• [学会発表] Surface polarity and energy analyses of protein-protein interactions in crystals
  • 著者名/発表者名: S. Yamamura, M. Ootaki, S. Endo, T. Takahashi and Y. Sugawara
  • 学会等名: 4th International Symposium of Diffraction Structural Biology
  • 発表場所: 吹き上げホール（名古屋県名古屋市）
• [学会発表] グアノシン5’-一リン酸二ナトリウム水和物における擬多形間の構造転移の解析
  • 著者名/発表者名: 坪野谷真朗、山村滋典、菅原洋子
  • 学会等名: 日本結晶学会平成25年度年会
  • 発表場所: 熊本大学（熊本県熊本市）
• [学会発表] クロモリンナトリウム水和物における構造の乱れの生成と消滅
  • 著者名/発表者名: 大須賀功・山村滋典・菅原洋子
  • 学会等名: 日本結晶学会平成25年度年会
  • 発表場所: 熊本大学（熊本県熊本市）
• [学会発表] 生体分子関連物質結晶内の水和水の揺らぎと凍結
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子
  • 学会等名: Workshop: CROSSroads of Users and J-PARC
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センター（茨城県東海村）
  • 招待講演
• [学会発表] 量子ビームで水和水の構造、運動、機能を観る
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子
  • 学会等名: MLFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 招待講演
• [学会発表] 水和物結晶多形観測のための高温高湿度下in-situ 粉末X線回折測定技術検証
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子, 山村滋典, 三浦圭子
  • 学会等名: 第９回SPring-8産業利用報告会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] グアノシン二水和物の中性子粉末構造解析
  • 著者名/発表者名: 保住厚兵・山村滋典・菅原洋子・星川晃範・石垣徹
  • 学会等名: 日本結晶学会平成24年度年会
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] 正方晶タウマチンの含水量に依存した結晶構造転移における相互作用解析
  • 著者名/発表者名: 佐藤淳美・山村滋典・猿渡茂・菅原洋子
  • 学会等名: 日本結晶学会平成24年度年会
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] L-ロイシル-グリシンの温度および湿度に依存した構造転移の解析
  • 著者名/発表者名: 清谷多美子・ 菅原洋子
  • 学会等名: 日本結晶学会平成24年度年会
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] Neutron analysis of hydrated compounds －Suspicion from proton coordinates in hydrate waters
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子
  • 学会等名: プロトンイオン研究会
  • 発表場所: 東海
• [学会発表] 分子動力学計算を併用した水和物結晶にみられる水和水の揺らぎと構造転移へのアプローチ
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子
  • 学会等名: 情報計算化学生物学会研究講演会
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] 粉末中性子回折データに基づくグアノシン水和物結晶中の結晶水の水素位置の解析
  • 著者名/発表者名: 菅原洋子・山村滋典・星川晃範・石垣徹・神山 崇
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島
• [備考]
  • URL: http://www.kitasato-u.ac.jp/sci/resea/buturi/bussei/index.html
• [備考] 北里大学理学部 物理学科 物性物理学講座
  • URL: http://www.kitasato-u.ac.jp/sci/resea/buturi/bussei/index.html
• [備考] 北里大学理学部物理学科物性物理学講座
  • URL: http://www.kitasato-u.ac.jp/sci/resea/buturi/bussei/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.kitasato-u.ac.jp/sci/resea/buturi/bussei/index.html