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レーザー脱離法による生体分子高次構造の生成と赤外振動スペクトルによる構造解析

公募研究

研究領域分子高次系機能解明のための分子科学―先端計測法の開拓による素過程的理解
研究課題/領域番号 22018023
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関横浜市立大学

研究代表者

三枝 洋之  横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科, 教授 (90162180)

研究期間 (年度) 2010 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
4,000千円 (直接経費: 4,000千円)
2011年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2010年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワード核酸塩基ヌクレオチド / レーザー脱離法 / 超音速ジェット法 / 赤外振動スペクトル / 非調和振動計算
研究概要

DNAやRNAは、核酸塩基ヌクレオチドを単位として構成されるが、その高次構造はヌクレオチドのいくつかのコンフォメーションを巧みに制御することで形成されている。本研究では、グリコシド結合まわりのコンフォメーションを、化学修飾法を用いて制御することを試みた。またヌクレオチドの最終分解物である尿酸の疎水性的性質について水和クラスターを用いて検討した。これらの核酸塩基類は熱的に不安定であるため、レーザー脱離-超音速ジェット法により気相孤立化し、赤外振動分光法と非調和振動計算を駆使し立体構造の決定を行った。
(1)尿酸の疎水的性質を水和クラスターの立場から検討:人や霊長類におけるプリンヌクレオチドの代謝過程では、最終分解生成物である尿酸が生成し、尿に排泄される。尿酸は難溶性で体内に蓄積されやすいため、痛風など多くの病気を引き起こす原因となる。本研究では、尿酸の疎水的性質を分子論的に明らかにするために、水和クラスターの立場から検討することを試みた。赤外振動スペクトルによる水和構造解析から、尿酸では第一水和圏に水和しても、その後水和ネットワークを形成しにくいため、疎水性を示すものと結論した。
(2)化学修飾によるヌクレオシドのグリコシド結合コンフォメーション制御:DNAやRNAの立体構造の柔軟性は、ヌクレオチドのいくつかのコンフォメーションにより制約される。更にそれぞれのコンフォメーションは、糖-リン酸基骨格の6個の二面角とグリコシド結合まわりの塩基の二面角で決定される。このうちグリコシド結合についてはsynとantiという2つの安定なコンフォマーが存在し、通常のDNAではanti、Z-DNAではsyn構造をとる。本研究では、気相孤立化したグアニンヌクレオシドについて、このコンフォメーションの安定性を制御することに成功した。グアノシンでは5'-OH基の内部水素結合によりsyn構造が安定であるが、これをエチル化にした5'-O-ethylguanosineでは、2'-OH基の水素結合によるantiが優先的に観測された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

23年度の研究成果のうちいくつかは既に学術論文として公表されているが、現在投稿準備中の論文が3報ある。
これらの成果はすべて、共同研究(イリノイ大、愛知工業大学、名古屋大学、新潟大学)が順調に進んだことにより得られた

今後の研究の推進方策

今後、2つ以上の核酸塩基が糖-リン酸基で結合した、ジヌクレオチドやポリヌクレオチドを気相孤立化し、実在系により近い環境での塩基間の相互作用とそれによる高次構造形成について研究を行う予定である。既にジヌクレオチドについては、共同研究者により合成された試料を用いて測定を行っているが、脱離レーザー光照射によりかなりの割合で分解してしまう問題点が明らかとなった。現在これを克服するために、リン酸基のエステル化などの化学修飾、レーザー波長やマトリックスの最適化を行っている。

報告書

(2件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (17件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Controlling glycosyl bond conformation of guanine nucleosides : stabilization of the anti conformer in 5'-O-ethylguanosine2012

    • 著者名/発表者名
      H.Asami, S.Urashima, M.Tsukamoto, A.Motoda, Y.Hayakawa, H.Saigusa
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 3 号: 5 ページ: 571-575

    • DOI

      10.1021/jz300081e

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural identification of uric acid and its monohydrates by IR-UV double resonance spectroscopy2011

    • 著者名/発表者名
      H.Asami, S.Urashima, H.Saigusa
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 13 号: 45 ページ: 20476-20480

    • DOI

      10.1039/c1cp22540e

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mass Spectrometry for Nonvolatile Functional Molecules by Laser Desorption/Vacuum-Ultraviolet Photoionization Method2011

    • 著者名/発表者名
      R.Kikkawa, Y.Inokuchi, T.Ebata, H.Saigusa
    • 雑誌名

      BCTNIK OGY(ロシア オレンブルグ大学紀要)

      ページ: 111-113

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mass Spectrometry for Nonvolatile Functional Molecules by Laser Desorption/Vacuum-Ultraviolet Photoionization Method2011

    • 著者名/発表者名
      R.Kikkawa, Y.Inokuchi, T.Ebata, H.Saigusa
    • 雑誌名

      BECKNIK(ロシアオレンブルグ大学紀要)

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mass Spectrometry for Nonvolatile Functional Molecules by Laser Desorption/Vacuum-Ultraviolet Photoionization Method2011

    • 著者名/発表者名
      三枝洋之
    • 雑誌名

      横浜市立大学叢書

      巻: 61 ページ: 91-100

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] Microhydration of the guanine-guanine and guanine-cytosine base pairs2010

    • 著者名/発表者名
      S.Urashima, H.Asami,, M.Ohba, H.Saigusa
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry A

      巻: 114 ページ: 11231-11237

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gas-phase isolation of diethyl guanosine 5'-monophosphate and its conformational assignment2010

    • 著者名/発表者名
      H.Asami, M.Tsukamoto, Y.Hayakawa, H.Saigusa
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 12 ページ: 13918-13921

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] アデニンヌクレオシド二量体にみられる水素結合ネットワークの協同効果2012

    • 著者名/発表者名
      浅見祐也、八木清、大場正志、三枝洋之
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会(2A1-43)
    • 発表場所
      慶応大学日吉キャンパス
    • 年月日
      2012-03-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Stacked Base Pairing of Adenine Nucleosides as Revealed by IR Vibrational Spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      S.Urashima, H.Saigusa
    • 学会等名
      Gordon Research Conference 2012 Molecular and Ionic Clusters (B-46)
    • 発表場所
      Four Points Sheraton/Holiday Inn Express, Ventura, CA, USA
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Spectroscopic Investigations of Nucleic Acid Structure in the Gas Phase2011

    • 著者名/発表者名
      H.Saigusa
    • 学会等名
      International Symposium on the Application of Spectroscopy to Life and Medical Sciences
    • 発表場所
      Riken Yokohama Institute(Invited)
    • 年月日
      2011-12-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Isomer Separation for Hydrated Clusters of Biomolecule by Selective Vibrational Excitation2011

    • 著者名/発表者名
      浦島周平、浅見祐也、三枝洋之
    • 学会等名
      平成23年度日本分光学会年次講演会(P-15)
    • 発表場所
      理研横浜研究所
    • 年月日
      2011-12-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] アデニンヌクレオシド二量体にみられる糖の水素結合が関与した特異的スタッキング構造2011

    • 著者名/発表者名
      浅見祐也、八木清、大場正志、三枝洋之
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会(2A20)
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2011-09-21
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] レーザー脱離法により気相孤立化した尿酸及びその一水和物の異性体構造2011

    • 著者名/発表者名
      浦島周平、浅見祐也、三枝洋之
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会(2A09)
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2011-09-21
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 核酸塩基関連分子のレーザー脱離パフォーマンスの改善:サンプルとマトリクス粒子のサイズ調整2011

    • 著者名/発表者名
      塚島史朗、浅見祐也、元田彩香、塚本眞幸、早川芳宏、三枝洋之
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会(2P018)
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2011-09-21
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Production of Supramolecular Structures of Biological Molecules by Laser Desorption and Their Structural Characterization by IR Spectroscopy2011

    • 著者名/発表者名
      H.Saigusa
    • 学会等名
      5^<th> International Symposium on Molecular Science for Supra Functional Systems
    • 発表場所
      Royton Sapporo(Invited)
    • 年月日
      2011-07-11
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Effects of hydration on the base pair structures of guanine-Stacked vs.planar base pairing2010

    • 著者名/発表者名
      H.Asami, H.Saigusa
    • 学会等名
      Pacifichem 2010 Congress (872314)
    • 発表場所
      Honolulu, Hawai
    • 年月日
      2010-12-17
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Conformational analysis of the guanine nucleosides based on ab initioanharmonic vibrational calculation2010

    • 著者名/発表者名
      H.Asami, H.Saigusa, K.Yagi
    • 学会等名
      Pacifichem 2010 Congress (865220)
    • 発表場所
      Honolulu, Hawai
    • 年月日
      2010-12-17
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Microhydration of the guanine nucleosides and base pairs2010

    • 著者名/発表者名
      H.Saigusa
    • 学会等名
      Pacifichem 2010 Congress (842124)
    • 発表場所
      Honolulu, Hawai
    • 年月日
      2010-12-16
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 揮発性分子のレーザー蒸発/レーザー分光の装置開発2010

    • 著者名/発表者名
      吉川竜一, 片桐勇志, 江幡孝之, 井口佳哉, 三枝洋之
    • 学会等名
      分子科学討論会2010(4A16)
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2010-09-17
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] グアニンヌクレオチドのリン酸基エステル化による非破壊的気化と赤外振動分光2010

    • 著者名/発表者名
      浅見祐也, 元田彩香, 塚本眞幸, 早川芳宏, 三枝洋之
    • 学会等名
      分子科学討論会2010(3A01)
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2010-09-16
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 赤外-紫外二重共鳴分光法によるグアニン-シトシン及びグアニン-グアニン塩基対の微細水和構造解析2010

    • 著者名/発表者名
      浦島周平, 浅見祐也, 三枝洋之
    • 学会等名
      分子科学討論会2010(3A02)
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2010-09-16
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 9-メチルグアニン一水和物の電子状態とその性質2010

    • 著者名/発表者名
      伊藤悠太, 浅見祐也, 三枝洋之, 小関史朗, 河野裕彦, 島倉紀之
    • 学会等名
      分子科学討論会2010(3P097)
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2010-09-16
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Infrared Spectra of Hydrated Clusters of Guanine Nucleosides Observed by IR-UV Double Resonance Spectroscopy2010

    • 著者名/発表者名
      S.Urashima, H.Asami, H.Saigusa
    • 学会等名
      International Symposium on Molecular Spectroscopy 65th Meeting (TB05)
    • 発表場所
      Columbus, Ohio
    • 年月日
      2010-06-22
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Non-destructive vaporization of GMP enabled by the phosphoesterification : Conformational preference in the gas phase2010

    • 著者名/発表者名
      H.Asami, A.Motoda, M.Tsukamoto, Y.Hayakawa, H.Saigusa
    • 学会等名
      37th International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
    • 発表場所
      Yokohama, Japan
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://laser.sci.yokohama-cu.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://laser.sci.yokohama-cu.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

URL: 

公開日: 2010-08-23   更新日: 2018-03-28  

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