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2018 年度 実績報告書

ウルトラファインバブルの構造特性評価による生体効果の分子機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K13722
研究機関群馬大学

研究代表者

平井 光博  群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (00189820)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードウルトラファインバブル / タンパク質 / 脂質 / リポソーム / 糖 / X線散乱 / 中性子散乱
研究実績の概要

[研究の目的]
100nm以下の微細微小気泡をウルトラファインバブルと呼称し,長期間安定であるためその応用分野は,電子産業分野,洗浄分野,医療・薬品分野,健康分野,農業・水産分野,食品・飲料分野など極めて広範囲に及んでいる。しかし,ウルトラファインバブルの産業利用が先行する一方,その物理化学的な性質や生成・消滅機構,存在状態の構造動態などに関する実験的研究や理論的解明は遅れており,本格的な産業応用には基礎物性研究や生体物質を含む各種物質との相互作用等に関する研究の進展が鍵を握っている。そこで,放射光X線・中性子散乱法を適用して,ウルトラファインバブルの基本構造およびタンパク質や脂質膜に対する効果を検討した。
[研究成果]
空気,窒素,酸素を封入したウルトラファインバブルを作成し,まず,その基本構造を検討した。動的光散乱法とX線小角散乱法を用いてその粒径分布を求めた結果,そのサイズが2倍近く異なることが判明し,その違いが,バブル気泡と水層との気液界面の動的性質によることを示した。すなわち,気液界面では,活発にガスの溶解と放出が繰り返されており,ガスやイオンが濃縮された拡散層が存在し,その存在がウルトラファインバブル構造の安定化をもたらすことをモデル構造解析により見出し,アメリカ化学会の論文誌に掲載された。このような構造モデルの発見は世界初である。さらに,ウルトラファインバブルの各種球状タンパク質および生体膜中で情報伝達に直接関与する脂質ラフト膜に対する効果を検討した。ウルトラファインバブルは,疎水性粒子としての性質を有するが,親水性残基と水和シェルで覆われたタンパク質に対しては,殆ど影響を与えないが,リポソームの脂質二重層膜のアルキル鎖間の疎水性相互作用を強める効果があることを見出した。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 3件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] Institut Laue-Langevin(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Institut Laue-Langevin
  • [雑誌論文] Structure of Ultrafine Bubbles and Their Effects on Protein and Lipid Membrane Structures Studied by Small- and Wide-Angle X-ray Scattering2019

    • 著者名/発表者名
      Hirai Mitsuhiro、Ajito Satoshi、Takahashi Kosuke、Iwasa Tatsuo、Li Xing、Wen Durige、Kawai-Hirai Rika、Ohta Noboru、Igarashi Noriyuki、Shimizu Nobutaka
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 123 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.9b00837

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Observation of Protein and Lipid Membrane Structures in a Model Mimicking the Molecular-Crowding Environment of Cells Using Neutron Scattering and Cell Debris2019

    • 著者名/発表者名
      Hirai Mitsuhiro、Ajito Satoshi、Arai Shigeki、Adachi Motoyasu、Shimizu Rumi、Wakamatsu Kaori、Takata Shin-ichi、Iwase Hiroki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 123 ページ: 3189~3198

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.8b12546

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Recovery Effects of Trehalose on Acid Denaturation/Aggregation of Proteins2019

    • 著者名/発表者名
      AJITO Satoshi、HIRAI Mitsuhiro
    • 雑誌名

      BUNSEKI KAGAKU

      巻: 68 ページ: 43~49

    • DOI

      10.2116/bunsekikagaku.68.43

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Restoration of Myoglobin Native Fold from Its Initial State of Amyloid Formation by Trehalose2018

    • 著者名/発表者名
      Hirai Mitsuhiro、Ajito Satoshi、Iwase Hiroki、Takata Shin-ichi、Ohta Noboru、Igarashi Noriyuki、Shimizu Nobutaka
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 122 ページ: 11962~11968

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.8b09379

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Preferential Intercalation of Human Amyloid-β Peptide into Interbilayer Region of Lipid-Raft Membrane in Macromolecular Crowding Environment2018

    • 著者名/発表者名
      Hirai Mitsuhiro、Ajito Satoshi、Sato Shouki、Ohta Noboru、Igarashi Noriyuki、Shimizu Nobutaka
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 122 ページ: 9482~9489

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.8b08006

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sugar-Mediated Stabilization of Protein against Chemical or Thermal Denaturation2018

    • 著者名/発表者名
      Ajito Satoshi、Iwase Hiroki、Takata Shin-ichi、Hirai Mitsuhiro
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 122 ページ: 8685~8697

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.8b06572

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct Evidence for the Effect of Glycerol on Protein Hydration and Thermal Structural Transition2018

    • 著者名/発表者名
      Hirai Mitsuhiro、Ajito Satoshi、Sugiyama Masaaki、Iwase Hiroki、Takata Shin-ichi、Shimizu Nobutaka、Igarashi Noriyuki、Martel Anne、Porcar Lionel
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 115 ページ: 313~327

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2018.06.005

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Frozen State of Sephadex? Gels of Different Crosslink Density Analyzed by X-ray Computed Tomography and X-ray Diffraction2018

    • 著者名/発表者名
      Murase Norio、Uetake Yuki、Sato Yuki、Irie Kentaro、Ueno Yohei、Hirauchi Toru、Kawahara Toshio、Hirai Mitsuhiro
    • 雑誌名

      Gels

      巻: 4 ページ: 44~44

    • DOI

      10.3390/gels4020044

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Macromolecular crowding effect on protein structure and hydration clarified by using X-ray and neutron scattering2018

    • 著者名/発表者名
      Hirai Mitsuhiro、Ajito Satoshi、Sugiyama Masaaki、Iwase Hiroki、Takata Shin-ichi、Shimizu Nobutaka、Igarashi Noriyuki、Martel Anne、Porcar Lionel
    • 雑誌名

      Physica B: Condensed Matter

      巻: 551 ページ: 212~217

    • DOI

      10.1016/j.physb.2018.02.020

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Protective action of trehalose and glucose on protein hydration shell clarified by using X-ray and neutron scattering2018

    • 著者名/発表者名
      Ajito Satoshi、Hirai Mitsuhiro、Iwase Hiroki、Shimizu Nobutaka、Igarashi Noriyuki、Ohta Noboru
    • 雑誌名

      Physica B: Condensed Matter

      巻: 551 ページ: 249~255

    • DOI

      10.1016/j.physb.2018.03.040

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Protective action of protein hydration shell by trehalose and recovery action from amyloid-like aggregation2019

    • 著者名/発表者名
      味戸聡志, 平井光博
    • 学会等名
      2018年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • [学会発表] 分子crowding環境下のタンハク質・生体脂質膜研究への中性子の応用2018

    • 著者名/発表者名
      平井光博, 味戸聡志
    • 学会等名
      日本中性子科学会第18回年会
  • [学会発表] タンハク質の化学変性・熱変性・酸変性に対する糖による安定化作用2018

    • 著者名/発表者名
      味戸聡志, 平井光博
    • 学会等名
      日本中性子科学会第18回年会
  • [学会発表] 糖によるタンハク質の構造安定化作用2018

    • 著者名/発表者名
      味戸聡志, 平井光博
    • 学会等名
      2018年度「生物の環境適応と分子科学」研究会
  • [学会発表] WAXSとSANSを用いた蛋白質の化学変性・説変性に対する糖による抑制作用の研究2018

    • 著者名/発表者名
      味戸聡志, 平井光博
    • 学会等名
      溶液蛋白質構造研究の最先端研究会(京都大学複合原子力科学研究所)
  • [学会発表] How do sugars affect protein solvation and structure stability? : WAXS and SANS studies of chemical and thermal denaturation of proteins2018

    • 著者名/発表者名
      味戸聡志, 平井光博
    • 学会等名
      日本生物物理学会第56回年会
  • [学会発表] Quantitatively characterization of the hydration and/or solvation shell of protein2018

    • 著者名/発表者名
      M. Hirai, S. Ajito, H. Iwase, S. Arai
    • 学会等名
      日本生物物理学会第56回年会
  • [学会発表] 糖溶液におけるタンハク質水和シェルの構造学的研究2018

    • 著者名/発表者名
      味戸聡志, 平井 光博, 清水伸隆, 五十嵐教之, 太田昇, 岩瀬裕希, 高田慎一
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] SUPPRESSION OF SUGARS ON THE PROTEIN DENATURATION BY GUANIDINE HYDROCHLORIDE2018

    • 著者名/発表者名
      S. Ajito, H. Iwase, Shin-ichi Takata, N. Shimizu, N. Igarashi, M. Hirai
    • 学会等名
      XVII International Small Angle Scattering Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] DETERMINATION OF PROTEIN STRUCTURE IN MIMIC-CELL MOLECULAR CROWDING2018

    • 著者名/発表者名
      M. Hirai, S. Ajito, S. Arai, S. Takata, H. Iwase
    • 学会等名
      XVII International Small Angle Scattering Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Wide-angle X-ray scattering studies of effects of sugars on thermal and chemical denaturation of protein2018

    • 著者名/発表者名
      S. Ajito, N. Shimizu, N. Igarashi, M. Hirai
    • 学会等名
      8th International Colloids Conference
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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