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大きな構造変化と熱安定性を両立した分子マシンによるDNAの構造と機能の精密光制御

公募研究

研究領域分子サイバネティクス ー化学の力によるミニマル人工脳の構築
研究課題/領域番号 21H05884
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅳ)
研究機関広島大学

研究代表者

今任 景一  広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (80777970)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
キーワードDNA / 分子マシン / 分子スイッチ / 高分子化学 / 光化学 / 光制御
研究開始時の研究の概要

DNAは、塩基配列をもとに二重らせん構造や高次構造を形成し、構造由来の機能を発現するプログラム可能なナノ材料である。その構造と機能の制御、特に時空間分解に優れ、反応系を汚染しない光による制御が注目を集め、光可逆的に異性化して構造が変化する分子マシンを利用する方法が精力的に研究されてきた。しかし、従来の光応答性の分子マシンは大きな構造変化と熱安定性を両立できないために、DNAの構造と機能を精密に制御できず、応用は限られた。
本研究では、光異性化に伴い、従来の分子マシン以上に大きな構造変化を起こし、さらに熱安定性にも極めて優れる新たな分子マシンを用いて、DNAの構造と機能を精密に光制御する。

研究実績の概要

本研究では、アゾベンゼン(AB)に代表される従来の光応答性の分子マシン以上に光異性化に伴って大きな構造変化を起こし、さらにABとは異なって熱安定性にも優れる(相対的に不安定なZ体の室温半減期 = 約1000年)、研究代表者らが新たに見出した分子マシンのヒンダードスティッフスチルベン(HSS)を用いて、DNAの構造(二重らせん構造や高次構造)と構造に由来する機能(配列情報の複製・転写や生体分子との相互作用など)を精密に光制御することを目的としている。
最終年度はDNAの構造制御について、【A】超分子相互作用の利用と【B】リン酸主鎖骨格への導入という2つのアプローチから取り組んだ。【A】超分子相互作用の利用は最もシンプルで簡便な方法であり、共有結合を介さずにHSSとDNA間の超分子的な相互作用を介してDNAを外から操作し、構造を制御する。負電荷を帯びたDNAのリン酸主鎖骨格と相互作用できる第4級のアンモニウムカチオンを両末端に有するHSSのE体を合成した。得られたHSSが多くの有機溶媒に不溶な一方で水に可溶なこと、水中でも可逆的に光異性化できること、80 °Cでも熱異性化しないことを確認した。さらに、DNA二本鎖の水溶液に合成したHSSのE体を添加した後、UV光照射によりHSSを異性化させると、二本鎖が解離する温度(Tm)をわずかに変えられることがわかった。【B】リン酸主鎖骨格への導入では、共有結合を介してHSSをDNAのリン酸主鎖骨格中に導入し、DNAの構造を制御する。領域内の共同研究者と協力することで、HSSのDNAのリン酸主査骨格中への導入とUV光照射によるTmの変化を確認することができた。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (37件) (うち国際学会 5件、 招待講演 6件) 図書 (2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Sterically Hindered Stiff-Stilbene Photoswitch Offers Large Motions, 90% Two-Way Photoisomerization, and High Thermal Stability2022

    • 著者名/発表者名
      Imato Keiichi、Sasaki Ayane、Ishii Akira、Hino Taichi、Kaneda Naoki、Ohira Kazuki、Imae Ichiro、Ooyama Yousuke
    • 雑誌名

      The Journal of Organic Chemistry

      巻: 87 号: 23 ページ: 15762-15770

    • DOI

      10.1021/acs.joc.2c01566

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoswitchable Adhesives of Spiropyran Polymers2022

    • 著者名/発表者名
      Imato Keiichi、Momota Koki、Kaneda Naoki、Imae Ichiro、Ooyama Yousuke
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 34 号: 18 ページ: 8289-8296

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.2c01809

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 熱安定な分子スイッチによる固体-液体の光変換2023

    • 著者名/発表者名
      兼田直輝, 今任景一, 石井祥, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] バルク物性の光変換に向けた熱安定な分子スイッチを有する高分子の合成と評価2023

    • 著者名/発表者名
      日高太智, 今任景一, 兼田直輝, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会vv
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] スティッフスチルベン骨格を有する光分子スイッチの合成と評価2023

    • 著者名/発表者名
      真島美咲, 今任景一, 兼田直輝, 石井祥, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] バイポーラ電気化学に基づき駆動するゲルアクチュエーターの開発2022

    • 著者名/発表者名
      日野太一, 今任景一, 信田尚毅, 稲木信介, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第46回有機電子移動化学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 大きな構造変化と熱安定性を両立した分子スイッチによる高分子の構造・物性の光変換2022

    • 著者名/発表者名
      兼田直輝, 今任景一, 佐々木綾音, 石井祥, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第46回有機電子移動化学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 機能性色素とスマート高分子材料2022

    • 著者名/発表者名
      今任景一
    • 学会等名
      2022年度第1回粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Photocontrol of polymers by molecular switches combining large movement and high thermal stability2022

    • 著者名/発表者名
      Keiihi Imato, Ayane Sasaki, Akira Ishii, Noki Kaneda, Yuta Tsujii, Ichiro Imae, Yousuke Ooyama
    • 学会等名
      IUMRS-ICYRAM2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Polymer mechanochemistry of molecular switches combining large movement and high thermal stability2022

    • 著者名/発表者名
      Akira Ishii, Keiihi Imato, Ayane Sasaki, Ichiro Imae, Yousuke Ooyama
    • 学会等名
      IUMRS-ICYRAM2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of skeletal muscle-mimetic gel actuators driven by bipolar electrochemistry2022

    • 著者名/発表者名
      Taichi Hino, Keiichi Imato, Naoki Shida, Shinsuke Inagi, Ichiro Imae, Yousuke Ooyama
    • 学会等名
      IUMRS-ICYRAM2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phototransformation of polymer structures and properties by molecular switches combining large movement and high thermal stability2022

    • 著者名/発表者名
      Noki Kaneda, Keiihi Imato, Ayane Sasaki, Akira Ishii, Ichiro Imae, Yousuke Ooyama
    • 学会等名
      IUMRS-ICYRAM2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 大きな動きと高い光異性化率、熱安定性を示す分子スイッチによる高分子の構造・物性の光変換2022

    • 著者名/発表者名
      兼田直輝, 今任景一, 佐々木綾音, 石井祥, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      色材協会創立95周年記念会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] フォトクロミック分子の極性変化を利用した高分子接着剤の光スイッチング2022

    • 著者名/発表者名
      今任景一, 百田康紀, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 大きな動きと高い光異性化率、熱安定性を兼ね備えた分子スイッチの高分子メカノケミストリー2022

    • 著者名/発表者名
      石井祥, 今任景一, 佐々木綾音, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] バイポーラ電気化学に基づき駆動するゲルアクチュエーターの開発2022

    • 著者名/発表者名
      日野太一, 今任景一, 信田尚毅, 稲木信介, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 大きな動きと高い光異性化率、熱安定性を兼ね備えた分子スイッチによる高分子の構造・物性の光変換2022

    • 著者名/発表者名
      兼田直輝, 今任景一, 佐々木綾音, 石井祥, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 大きな動きと熱安定性を兼ね備えた分子スイッチによる高分子の光制御2022

    • 著者名/発表者名
      今任景一
    • 学会等名
      2022年繊維学会秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Photocontrol of polymers by molecular switches offering large motions and high thermal stability2022

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Imato
    • 学会等名
      International Congress on Pure & Applied Chemistry Kota Kinabalu 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] スピロピランの極性変化を利用した高分子接着剤の光スイッチング2022

    • 著者名/発表者名
      今任景一, 百田康紀, 兼田直輝, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 大きな構造変化と熱安定性を兼ね備えた光応答性分子スイッチの高分子メカノケミストリー2022

    • 著者名/発表者名
      石井祥, 今任景一, 佐々木綾音, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] バイポーラ電気化学により駆動するゲルアクチュエーターの開発2022

    • 著者名/発表者名
      日野太一, 今任景一, 信田尚毅, 稲木信介, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 熱安定な分子スイッチによるガラス転移温度の光変換2022

    • 著者名/発表者名
      兼田直輝, 今任景一, 石井祥, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 機能性色素を導入したスマート高分子の開発2022

    • 著者名/発表者名
      今任景一
    • 学会等名
      学術変革領域研究(A)分子サイバネティクス 第9回領域セミナー
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大きな動きと熱安定性を兼ね備えた分子スイッチの高分子応用2022

    • 著者名/発表者名
      今任景一
    • 学会等名
      電気化学会第89回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大きな構造変化と熱安定性を兼ね備えた分子スイッチの高分子メカノケミストリー2022

    • 著者名/発表者名
      石井祥, 今任景一, 佐々木綾音, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] バイポーラ電気化学に基づき駆動する骨格筋模倣ゲルアクチュエーターの開発2022

    • 著者名/発表者名
      日野太一, 今任景一, 信田尚毅, 稲木信介, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 大きな動きと熱安定性を兼ね備えた分子スイッチによる高分子の構造・物性の光変換2022

    • 著者名/発表者名
      兼田直輝, 今任景一, 佐々木綾音, 石井祥, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 大きな動きと熱安定性を兼ね備えた分子スイッチによる光駆動アクチュエータ―の開発検討2022

    • 著者名/発表者名
      辻井雄大, 今任景一, 石井祥, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 大きな構造変化と熱安定性を兼ね備えた分子スイッチの合成と評価2021

    • 著者名/発表者名
      今任景一, 佐々木綾音, 石井祥, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第45回有機電子移動化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] スピロピラン含有ブロック共重合体の合成と相分離構造の評価2021

    • 著者名/発表者名
      百田康紀, 今任景一, 平井智康, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第45回有機電子移動化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 大きな構造変化と熱安定性を兼ね備えた分子スイッチの力学的刺激応答性2021

    • 著者名/発表者名
      石井祥, 今任景一, 佐々木綾音, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第45回有機電子移動化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] バイポーラ電気化学に基づき駆動するゲルアクチュエーターの開発検討2021

    • 著者名/発表者名
      日野太一, 今任景一, 信田尚毅, 稲木信介, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第45回有機電子移動化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 機能性色素によるスマート高分子材料の開発2021

    • 著者名/発表者名
      今任景一
    • 学会等名
      第179回東海高分子研究会講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大きな構造変化と熱安定性を両立した分子スイッチの高分子メカノケミストリー2021

    • 著者名/発表者名
      石井祥, 今任景一, 佐々木綾音, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第36回中国四国地区高分子若手研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] バイポーラ電気化学に基づき駆動する骨格筋模倣ゲルアクチュエーターの開発検討2021

    • 著者名/発表者名
      日野太一, 今任景一, 信田尚毅, 稲木信介, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第36回中国四国地区高分子若手研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 大きな構造変化と熱安定性を両立した分子スイッチによる高分子の構造・物性の光制御2021

    • 著者名/発表者名
      今任景一, 佐々木綾音, 石井祥, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第31回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 大きな構造変化と熱安定性を兼ね備えた分子スイッチの高分子メカノケミストリー2021

    • 著者名/発表者名
      石井祥, 今任景一, 佐々木綾音, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第31回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] バイポーラ電気化学に基づき駆動する骨格筋模倣ゲルアクチュエーターの開発2021

    • 著者名/発表者名
      日野太一, 今任景一, 信田尚毅, 稲木信介, 今榮一郎, 大山陽介
    • 学会等名
      第31回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] Progress in the Science of Functional Dyes (Photodynamic Therapy)2021

    • 著者名/発表者名
      Yousuke Ooyama, Shigeyuki Yagi (Keiichi Imato, Yousuke Ooyama)
    • 総ページ数
      601
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9789813343924
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] 刺激応答性高分子の開発動向(外部刺激応答性の機能性色素の分子設計)2021

    • 著者名/発表者名
      荏原充宏(大山陽介, 今任景一)
    • 総ページ数
      323
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781316116
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 今任景一(Keiichi Imato)の個人ページ

    • URL

      https://kimato.info

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [産業財産権] 光異性化基を有する(メタ)アクリル化合物、及び、ポリ(メタ)アクリル化合物2022

    • 発明者名
      今任景一、大山陽介、兼田直輝、日高太智
    • 権利者名
      広島大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-10-22   更新日: 2023-12-25  

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