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2020 年度 実績報告書

生物発光における鍵反応過程の分子機構と高性能化要因の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K05075
研究機関電気通信大学

研究代表者

平野 誉  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20238380)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード生物発光 / ホタル / ウミホタル / 酸素化 / 化学励起 / ルシフェリン / オキシルシフェリン / ルシフェラーゼ
研究実績の概要

本研究では、ホタルとウミホタルの生物発光系を対象に、3つの鍵反応過程(①酸素化、②化学励起、③発光色制御)の反応機構を解明し、生物発光の高性能化要因を明らかにすることを目指してきた。
①酸素化過程については、ホタルとウミホタルの両方の発光基質誘導体の電子供与性に着目し、酸素分子と同様の酸化力と反応性を持つ電子受容性化合物との分子間反応性を検討し、酸素化モデル反応となる付加反応を見出し、反応機構基盤を確立した。酸素化反応に関わる反応中間体の物性と反応性の相関を解明すると共に、各種中間体のDFT計算で得た電子的性質からも相関を裏付けた。結果の学術論文報告の準備を進めている。
②化学励起過程では、ウミホタル発光系に関わるルシフェリン誘導体を用いて、嵩高い置換基導入による化学発光量子収率への影響を調べ、量子収率の構成因子を解析して化学励起効率がルシフェリン母骨格の特定の位置での置換基の立体効果を受けることを見出した。DFT計算より、立体効果による中間体配座と分解遷移状態の電子的性質変化を確認し、反応機構提案の基盤を固めた。
③発光色制御機構では、ホタル発光系にて検討を進め、発光体オキシルシフェリンの分子構造と分光学的性質の相関を明らかにし、学術論文に報告準備中である。さらに、種々の置換基を有するアミノ置換ルシフェリンアナログを用いて酵素ルシフェラーゼ内の分子環境が及ぼす発光体の励起状態の安定性変化について知見を得た。この成果を基に、アナログと種々のルシフェラーゼを組合わせた発光特性評価を進めることで、発光分析応用に適したアナログと酵素の組み合わせを見出し、国際共同研究による成果報告を行った。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Federal University of Sao Carlos(ブラジル)

    • 国名
      ブラジル
    • 外国機関名
      Federal University of Sao Carlos
  • [雑誌論文] Color-tunable bioluminescence imaging portfolio for cell imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Tamaki Shota、Kitada Nobuo、Kiyama Masahiro、Fujii Rika、Hirano Takashi、Kim Sung Bae、Maki Shojiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: 2219(10 pages)

    • DOI

      10.1038/s41598-021-81430-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synthesis of polyenylpyrrole derivatives with selective growth inhibitory activity against T-cell acute lymphoblastic leukemia cells2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Chihiro、Higashi Tomoya、Hachiro Yoshifumi、Fujita Yuki、Yagi Takuya、Takechi Azusa、Nakata Chihiro、Miyashita Kazuya、Kitada Nobuo、Saito Ryohei、Obata Rika、Hirano Takashi、Hara Takahiko、Maki Shojiro A.
    • 雑誌名

      Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters

      巻: 37 ページ: 127837(4 pages)

    • DOI

      10.1016/j.bmcl.2021.127837

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of near‐infrared firefly luciferin analogue reacted with wild‐type and mutant luciferases2020

    • 著者名/発表者名
      Kitada Nobuo、Saito Ryohei、Obata Rika、Iwano Satoshi、Karube Kazuma、Miyawaki Atsushi、Hirano Takashi、Maki Shojiro A.
    • 雑誌名

      Chirality

      巻: 32 ページ: 922~931

    • DOI

      10.1002/chir.23236

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Very Bright Far-Red Bioluminescence Emitting Combination Based on Engineered Railroad Worm Luciferase and 6′-Amino-Analogs for Bioimaging Purposes2020

    • 著者名/発表者名
      Viviani Vadim R.、Bevilaqua Vanessa R.、de Souza Daniel R.、Pelentir Gabriel F.、Kakiuchi Michio、Hirano Takashi
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 ページ: 303(13 pages)

    • DOI

      10.3390/ijms22010303

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] アミノルシフェリンアナログのホタル生物発光特性2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木雄大, 牧昌次郎,平野 誉
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会(web開催)
  • [学会発表] マルチカラー発光を示す海洋生物由来発光システムの開発2021

    • 著者名/発表者名
      北田昇雄,玉城翔太,木山正啓,金 誠培,平野 誉,牧昌次郎
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会(web開催)
  • [学会発表] 置換基導入型アミノルシフェリンのホタル生物発光特性2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木雄大, 牧昌次郎,平野 誉
    • 学会等名
      2020年web光化学討論会
  • [学会発表] Modulation of firefly bioluminescence with aminoluciferin analogues having an additional substituent2020

    • 著者名/発表者名
      Yudai Suzuki, Shojiro Maki, Takashi Hirano
    • 学会等名
      Virtual Irago Conference 2020
  • [備考] 電気通信大学 研究者情報総覧

    • URL

      http://kjk.office.uec.ac.jp/Profiles/4/0000395/profile.html

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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