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2015 年度 実施状況報告書

界面レーザー捕捉により誘起される液液相分離を利用したタンパク結晶化の顕微計測

研究課題

研究課題/領域番号 15K13715
研究機関北海道大学

研究代表者

三浦 篤志  北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90379553)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワードレーザー捕捉 / 結晶化 / タンパク質 / 顕微ラマン分光
研究実績の概要

これまで我々は、光の放射圧と微小物体との相互作用に基づくレーザー捕捉を用い、生体高分子であるタンパク質の新規結晶化法の検討を行ってきた。液液相分離・液滴形成を起こし得ないタンパク質溶液の気液界面へのレーザー集光・捕捉により、集合体・液滴形成が誘起されること、さらに液滴形成を経た溶液では結晶化が促進されることを見いだしている。本研究においては、界面レーザー捕捉下における集合体形成過程から液滴形成・消失に至る過程を顕微ラマン分光により測定し、レーザー捕捉により誘起される結晶化の機構を検討した。レーザー照射開始から集合体・液滴形成・液滴消失・結晶化までのタンパク濃度をin-situ測定可能なレーザー捕捉・共焦点顕微ラマン分光システムを構築した。本システムを用いた捕捉レーザー照射下のラマン散乱強度変化の測定より、集合体では結晶中と同程度の分子密度まで濃度が増加していること、レーザー照射停止直後から形成される液滴では液液相分離が可能なほどの高濃度であること、さらにその後緩やかに濃度は減少し、結晶化に至ることを明らかにした。また、集光点近傍での共焦点ラマン測定より、集光点のみならず数10マイクロメートルの広い領域で濃度上昇が誘起されることを明らかにした。集光点位置の集合体・液滴形成に及ぼす影響の検討より、効率的な液滴形成には気液界面へのレーザー集光が必要であることも明らかとなった。これらの結果より、界面レーザー捕捉では溶液中のタンパク質分子に及ぼされる放射圧と気液界面での分子吸着が協働的に作用することによりタンパク分子クラスター形成・成長が促進され、捕捉効率の非線形的向上により極めて高濃度な局所領域が形成され結晶化に至っていることが示唆される。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

初年度検討予定であった、レーザー捕捉・共焦点顕微ラマン分光計測システムの構築とこれを用いた放射圧下の濃度変化の検討、ならびに気液界面の寄与の検討より、放射圧と界面吸着を協働的に作用させることによりタンパク質の結晶化を誘起できることを明らかにした。これらの知見は、今後様々なタンパク質での結晶化の検討を行う上で重要な指針となる。

今後の研究の推進方策

今後は、様々なタンパク質を用いて界面レーザー捕捉による結晶化を行うとともに、レーザー照射下でのリアルタイムな結晶化の検討を行う。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] 界面レーザー捕捉による局所的タンパク濃度上昇・結晶化促進の顕微分光2016

    • 著者名/発表者名
      三浦篤志, 吉松泉, 喜多村曻
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学, 東京都, 目黒区
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] 界面レーザー捕捉により誘起されるタンパク質集合体・結晶形成の顕微計測2016

    • 著者名/発表者名
      上田恭子, 三浦篤志, 喜多村曻
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2016年冬季研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学, 北海道, 札幌市
    • 年月日
      2016-01-19 – 2016-01-20
  • [学会発表] Light-induced huge assembly formation, dense liquid droplets formation and crystallization of protein at air/solution interface2015

    • 著者名/発表者名
      I. Yoshimatsu, A. Miura, N. Kitamura
    • 学会等名
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, U.S.A
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • 国際学会
  • [学会発表] 光圧による局所的タンパク濃度上昇と結晶化促進機構2015

    • 著者名/発表者名
      吉松泉, 三浦篤志, 喜多村曻
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場, 愛知県, 名古屋市
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] 光の放射圧によるタンパク質の局所濃度上昇と光誘起結晶化2015

    • 著者名/発表者名
      吉松泉, 三浦篤志, 喜多村曻
    • 学会等名
      2015年光化学討論会
    • 発表場所
      大阪市立大学, 大阪府, 大阪市
    • 年月日
      2015-09-09 – 2015-09-11

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公開日: 2017-01-06  

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