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時分割回折X線ブリンキングによるソフトクリスタル動的特性観測

公募研究

研究領域ソフトクリスタル:高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能
研究課題/領域番号 20H04660
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関茨城大学

研究代表者

倉持 昌弘  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (60805810)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワードX線回折 / 時分割計測 / 結晶粒子動態 / 格子ダイナミクス / ソフトクリスタル
研究開始時の研究の概要

結晶自身のX線回折現象を利用した時分割回折X線ブリンキング法(Diffracted X-ray Blinking, DXB)を駆使して、ソフトクリスタルのラベルフリー結晶動態計測を行ないます。マクロ力学制御場でのソフトクリスタルの動的特性を、粒子集合体の運動、結晶格子面の構造ゆらぎ、という異なる空間スケールで捉えます。スクリーニング的な試料、計測条件の選定をラボX線で網羅検証し、より精細な動的情報取得には、放射光を用いた超高分解能計測を実施します。また、高次データ解析技術を導入することで、運動成分の検出限界向上を実現し、ソフトクリスタルの構造特異的な動的性質を明らかにしていきます。

研究実績の概要

結晶自身のX線回折現象を利用した時分割回折X線ブリンキング法(Diffracted X-ray Blinking, DXB)を駆使し、ソフトクリスタルのラベルフリー結晶動態計測を行なった。熱や光などのマクロ力学制御場でのソフトクリスタルの動的特性を、粒子集合体の運動、結晶格子面の構造ゆらぎ、という異なる空間スケールで捉えることに取り組んだ。スクリーニング的な試料、計測条件の選定をラボX線で網羅検証し、より精細な動的情報取得には、放射光を用いた超高分解能計測を実施し、また高次データ解析技術を導入することで、運動成分の検出限界向上を実現することで、ソフトクリスタルの構造特異的な動的性質を明らかにすることを目的とした。
これまでに複数の共同研究に取り組み、結晶材料の動的計測を実施した。まず、光相転移を示す試料では、UV光刺激前後の結晶格子運動を測定した。興味深いことに、UV照射直後の結晶格子運動は一時的に抑制されることがわかり、光応答機能と動的構造の関係を明らかにできた(Taniguchi et al., Commun. Chem., 2022)。また、エレクトロクロミック (EC) 材の測定では、Ag が蓄積される ITO 基板に着目し、ITO 基板の格子動態から間接的に Ag 状態を評価する方法を検討した。ITO 鏡 (Mirror) 状と黒 (Black) 状の試料に対して、ITO(002)面の格子運動を比較した所、質的に異なる動的特性を示すことがわかった。Ag の蓄積状態の違いを ITO 格子運動から評価できる可能性が示唆された。さらに、分子ローター結晶の動的計測では、回転運動の高精度計測に挑戦した。分子回転を示す試料の格子運動と回転できない試料の比較を行った所、分子回転を示す試料のみ速い運動成分が現れる結果を得ることができた。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 3件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Superelasticity of a photo-actuating chiral salicylideneamine crystal2022

    • 著者名/発表者名
      Taniguchi Takuya、Ishizaki Kazuki、Takagi Daisuke、Nishimura Kazuki、Shigemune Hiroki、Kuramochi Masahiro、Sasaki Yuji C.、Koshima Hideko、Asahi Toru
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 5 号: 1 ページ: 4-4

    • DOI

      10.1038/s42004-021-00618-8

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic motions of ice-binding proteins in living Caenorhabditis elegans using diffracted X-ray blinking and tracking2022

    • 著者名/発表者名
      Kuramochi Masahiro、Dong Yige、Yang Yue、Arai Tatsuya、Okada Rio、Shinkai Yoichi、Doi Motomichi、Aoyama Kouki、Sekiguchi Hiroshi、Mio Kazuhiro、Tsuda Sakae、Sasaki Yuji C.
    • 雑誌名

      Biochemistry and Biophysics Reports

      巻: 29 ページ: 101224-101224

    • DOI

      10.1016/j.bbrep.2022.101224

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Diffracted X-ray Tracking Method for Measuring Intramolecular Dynamics of Membrane Proteins2022

    • 著者名/発表者名
      Fujimura Shoko、Mio Kazuhiro、Ohkubo Tatsunari、Arai Tatsuya、Kuramochi Masahiro、Sekiguchi Hiroshi、Sasaki Yuji C.
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 23 号: 4 ページ: 2343-2343

    • DOI

      10.3390/ijms23042343

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] New Family Members of FG Repeat Proteins and Their Unexplored Roles During Phase Separation2021

    • 著者名/発表者名
      Shinkai Yoichi、Kuramochi Masahiro、Miyafusa Takamitsu
    • 雑誌名

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      巻: 9

    • DOI

      10.3389/fcell.2021.708702

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Laboratory diffracted x-ray blinking to monitor picometer motions of protein molecules and application to crystalline materials2021

    • 著者名/発表者名
      Arai Tatsuya、Inamasu Rena、Yamaguchi Hiroki、Sasaki Daisuke、Sato-Tomita Ayana、Sekiguchi Hiroshi、Mio Kazuhiro、Tsuda Sakae、Kuramochi Masahiro、Sasaki Yuji C.
    • 雑誌名

      Structural Dynamics

      巻: 8 号: 4 ページ: 044302-044302

    • DOI

      10.1063/4.0000112

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Living-Cell Diffracted X-ray Tracking Analysis Confirmed Internal Salt Bridge Is Critical for Ligand-Induced Twisting Motion of Serotonin Receptors2021

    • 著者名/発表者名
      Mio Kazuhiro、Fujimura Shoko、Ishihara Masaki、Kuramochi Masahiro、Sekiguchi Hiroshi、Kubo Tai、Sasaki Yuji C.
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 号: 10 ページ: 5285-5285

    • DOI

      10.3390/ijms22105285

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural basis for the coiled-coil architecture of human CtIP2021

    • 著者名/発表者名
      Morton C. R.、Rzechorzek N. J.、Maman J. D.、Kuramochi M.、Sekiguchi H.、Rambo R.、Sasaki Y. C.、Davies O. R.、Pellegrini L.
    • 雑誌名

      Open Biology

      巻: 11 号: 6 ページ: 210060-210060

    • DOI

      10.1098/rsob.210060

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] X線1分子追跡法を用いたTRPイオンチャネル運動の高速時分割計測と制御機構の理解2021

    • 著者名/発表者名
      三尾 和弘、藤村 章子、倉持 昌弘、関口 博史、佐々木 裕次
    • 雑誌名

      日本放射光学会誌

      巻: 34 ページ: 258-266

    • NAID

      40022720878

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tilting and rotational motions of silver halide crystal with diffracted X-ray blinking2021

    • 著者名/発表者名
      Kuramochi Masahiro、Omata Hiroki、Ishihara Masaki、Hanslin Sander ?.、Mizumaki Masaichiro、Kawamura Naomi、Osawa Hitoshi、Suzuki Motohiro、Mio Kazuhiro、Sekiguchi Hiroshi、Sasaki Yuji C.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 4097-4097

    • DOI

      10.1038/s41598-021-83320-y

    • 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] Diffracted X-ray blinking measurements of interleukin 15 receptors in the inner/outer membrane of living NK cells2021

    • 著者名/発表者名
      Chang Jaewon、Baek Yonugseok、Lee Injee、Sekiguchi Hiroshi、Ichiyanagi Kouhei、Mio Kazuhiro、Nozawa Shunsuke、Fukaya Ryo、Adachi Shin-ichi、Kuramochi Masahiro、Sasaki Yuji C.
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 556 ページ: 53-58

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2021.03.144

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] 線虫の凍結・低温耐性を改善する氷結合タンパク質の生体内作用機序の解明2021

    • 著者名/発表者名
      倉持 昌弘、三尾 和弘、津田 栄、佐々木 裕次
    • 雑誌名

      月刊「細胞」

      巻: 53 ページ: 66-69

    • NAID

      40022573722

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] 個体生物の凍結・低温耐性を改善する不凍タンパク質の生体内効果2021

    • 著者名/発表者名
      倉持 昌弘、三尾 和弘、津田 栄、佐々木 裕次
    • 雑誌名

      月刊「アグリバイオ」

      巻: 5 ページ: 93-98

    • NAID

      40022590457

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Agonist and Antagonist-Diverted Twisting Motions of a Single TRPV1 Channel2020

    • 著者名/発表者名
      Fujimura Shoko、Mio Kazuhiro、Kuramochi Masahiro、Sekiguchi Hiroshi、Ikezaki Keigo、Mio Muneyo、Hengphasatporn Kowit、Shigeta Yasuteru、Kubo Tai、Sasaki Yuji C.
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 号: 51 ページ: 11617-11624

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c08250

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] X-ray-based living-cell motion analysis of individual serotonin receptors2020

    • 著者名/発表者名
      Mio Kazuhiro、Ishihara Masaki、Fujimura Shoko、Sasaki Daisuke、Nozawa Shunsuke、Ichiyanagi Kohei、Fukaya Ryo、Adachi Shin-ichi、Kuramochi Masahiro、Sekiguchi Hiroshi、Kubo Tai、Sasaki Yuji C.
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 529 号: 2 ページ: 306-313

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2020.05.200

    • 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
  • [学会発表] 線虫C. エレガンスにおける凝集タンパク質および分子夾雑場のX線1分子観察2022

    • 著者名/発表者名
      倉持昌弘
    • 学会等名
      新学術領域研究「分子夾雑化学」第6回領域会議
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 回折X線ブリンキングによる結晶材料の動的構造解析2022

    • 著者名/発表者名
      倉持昌弘、引田理英、佐々木裕次
    • 学会等名
      2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 時分割回折X線ブリンキングによるソフトクリスタル動的特性観測2022

    • 著者名/発表者名
      倉持昌弘
    • 学会等名
      新学術領域研究「ソフトクリスタル」第8回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 線虫C. エレガンスにおける凝集タンパク質および分子夾雑場のX線1分子観察2021

    • 著者名/発表者名
      倉持昌弘
    • 学会等名
      新学術領域研究「分子夾雑化学」第5回領域会議
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 時分割回折X線ブリンキングによるソフトクリスタル動的特性観測2021

    • 著者名/発表者名
      倉持昌弘
    • 学会等名
      新学術領域研究「ソフトクリスタル」第7回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Mechanism of in-cell protein crystallization with supersaturated environment and its application2021

    • 著者名/発表者名
      倉持昌弘
    • 学会等名
      線虫研究の未来を創る会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] X-ray avoidance behaviour in C. elegans2021

    • 著者名/発表者名
      大津乃亜、倉持昌弘
    • 学会等名
      線虫研究の未来を創る会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Cryopreservation of C. elegans by ice-binding protein2021

    • 著者名/発表者名
      下谷祐平、倉持昌弘
    • 学会等名
      線虫研究の未来を創る会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] X線ブリンキング法による生物個体内の結晶化タンパク質および分子夾雑場観察2021

    • 著者名/発表者名
      倉持昌弘
    • 学会等名
      3新学術領域合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 回折X線フリンキンクによるタイヤコムの動的構造解析 Dynamic Structure Analysis for Tire Rubbers by Diffracted X-ray Blinking2021

    • 著者名/発表者名
      倉持昌弘
    • 学会等名
      2020年度 量子ビームサイエンスフェスタ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 結晶性/非晶性 PEEK 高分子膜の時分割動態計測 Time-resolved observations of crystal / non-crystal PEEK film2021

    • 著者名/発表者名
      下村峻矢、倉持昌弘、佐々木大輔、新井達也、 引田理英、佐々木裕次
    • 学会等名
      2020年度 量子ビームサイエンスフェスタ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] DXB 法を用いた不凍タンハク質結晶の内部分子動態計測 Molecular motion of antifreeze protein in crystal measured by Diffracted X-ray Blinking2021

    • 著者名/発表者名
      新井達也、倉持昌弘、三尾和弘、佐々木裕次
    • 学会等名
      2020年度 量子ビームサイエンスフェスタ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 固体高分子結晶性電解質内部のオヘラント分子動態計測 Operand-Measurement of molecular dynamics inside Solid Polymer Crystalline Electrolytes2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木大輔、橘川莉子、中山美沙恵、倉持昌弘、一柳光平、深谷亮、関口博史、佐藤文菜、野澤俊介、足立伸一、三尾和弘、 田所誠、 佐々木裕次
    • 学会等名
      2020年度 量子ビームサイエンスフェスタ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] In vivo X-ray single-molecule observation of ice-binding proteins for Caenorhabditis elegans freezing tolerance2020

    • 著者名/発表者名
      M Kuramochi
    • 学会等名
      第20回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 線虫C. エレガンスにおける凝集タンパク質および分子夾雑場のX線1分子観察2020

    • 著者名/発表者名
      倉持昌弘
    • 学会等名
      新学術領域研究「分子夾雑化学」第8回オンラインセミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 時分割回折X線ブリンキングによるソフトクリスタル動的特性観測2020

    • 著者名/発表者名
      倉持昌弘
    • 学会等名
      新学術領域研究「ソフトクリスタル」共同研究推進会議 2
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 生きた細胞上の GPCR のミリ秒-マイクロ秒タイナミクスMilli- to microsecond dynamics of Single GPCR in Living Cells2020

    • 著者名/発表者名
      藤村章子、石原正輝、一柳光平、野澤俊介、足立伸一、深谷亮、倉持昌弘、関口博史、三尾和弘、佐々木裕次
    • 学会等名
      2020年度 量子ビームサイエンスフェスタ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] X線を用いた物質評価方法及び物質評価装置2020

    • 発明者名
      倉持昌弘、佐々木裕次、三尾和弘
    • 権利者名
      倉持昌弘、佐々木裕次、三尾和弘
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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