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2021 年度 実施状況報告書

新規なプラズモン増強回折格子法による時間分解バイオセンサー開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K19218
研究機関京都大学

研究代表者

寺嶋 正秀  京都大学, 理学研究科, 教授 (00188674)

研究分担者 岡本 晃一  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50467453)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2023-03-31
キーワードタンパク質 / 反応 / 時間分解 / 回折格子
研究実績の概要

研究実績の概要 最大800文字(1600バイト)
本研究では、タンパク質分子間の相互作用機構を解明するための新しいバイオセンサーを開発することを目的とし、強いプラズモン共鳴が可能になる銀基板上の銀ナノ半球構造と、回折格子法を組み合わせたシステムを作製する。これを用いて、ヘテロダインの過渡回折格子検出装置や励起光が必要ないバイオセンサーを作製する予定である。まず、このために、銀ナノ半球構造を回折格子状に並べた基板を作製した。この基盤に連続発振のレーザーを照射したところ、適度な強度の回折光が得られ、それを光検出器でモニター出来ることが分かった。
次にこの基盤を、光を吸収する分子の溶液を入れたセルに密着し、ヘテロダイン過渡回折格子信号を観測するステップに移った。光励起に伴って発熱が起こり、屈折率変化が起こるはずであり、いわゆる熱グレーティング信号の検出を試みた。溶液をパルスレーザー光で励起子したあと、回折光の強度が時間とともに変化することが見られ、ヘテロダイン過渡回折格子信号を観測することに成功した。しかし、この信号は予想されたよりも微弱な信号であった。この原因を探るために、種々の配置や励起光強度を用いて測定を繰り返したところ、回折光の強度が時間とともに減少することが明らかとなった。また、溶液交換によっても強度減少が見られた。これの原因をさらに追及したところ、銀ナノ半球構造体が光照射や溶液交換の過程で劣化していることが判明した。これを改善するために、銀ナノ半球構造体をポリマーで保護することを検討し、その基盤の作成を試みている。

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

銀ナノ半球構造を回折格子状に並べた基板を作製することに成功し、ヘテロダイン過渡回折格子信号を観測こともできた。しかし予想外にこの銀ナノ半球構造が光照射に弱いことが判明したので、これを保護することを行う必要があり、現在はそれに向けて改良を行っている。

今後の研究の推進方策

銀ナノ半球構造が光照射に弱いことが判明したので、銀ナノ半球構造体をポリマーで保護することを検討し、その作成を試みている。これが作成できれば、ヘテロダイン過渡回折格子信号を観測する実験を行い、タンパク質溶液を用いて構造変化を高感度で時間分解検出する計画である。このためにこれまで通常の過渡回折格子法で反応を明らかにしてきたフォトトロピンを用いて、その高感度性と有利性を明らかにする。さらに、バイオセンサー開発に向けて、溶液中でのタンパク質会合を回折光変化として検出できるかどうかを試みる。このためには、例えば我々が開発してきたeBLUFと呼ばれるタンパク質の会合を、微小体積で検出することを試みる。これが可能になれば、多くのタンパク質に適用できる超高感度バイオセンサーが作製できるはずである。

次年度使用額が生じた理由

銀ナノ半球構造が光照射に弱いことが判明したので、当初の予定を変更して、新たに銀ナノ半球構造体をポリマーで保護することを検討した。現在は、その作成を試みているが、この変更のために用いる。これが作成できれば、ヘテロダイン過渡回折格子信号を観測する実験を行い、タンパク質溶液を用いて構造変化を高感度で時間分解検出する計画である。このためにこれまで通常の過渡回折格子法で反応を明らかにしてきたフォトトロピンを用いて、その高感度性と有利性を明らかにする。さらに、バイオセンサー開発に向けて、溶液中でのタンパク質会合を回折光変化として検出できるかどうかを試みる。このためには、例えば我々が開発してきたeBLUFと呼ばれるタンパク質の会合を、微小体積で検出することを試みる。これが可能になれば、多くのタンパク質に適用できる超高感度バイオセンサーが作製できるはずである。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Time-resolved detection of association/dissociation reactions and conformation changes in photosensor proteins for application in optogenetics2022

    • 著者名/発表者名
      M. Terazima
    • 雑誌名

      BioPhys. Rev.

      巻: 13 ページ: 1053-1059

    • DOI

      10.1007/s12551-021-00868-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-resolved detection of SDS-induced conformational changes in α-synuclein by a micro-stopped-flow system2021

    • 著者名/発表者名
      S. Takaramoto, Y. Nakasone, K. Sadakane, S. Maruta, M. Terazima
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 11 ページ: 1086-1097

    • DOI

      10.1039/D0RA09614H

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enzymatic activity of the blue light-regulated phosphodiesterase BlrP1 from Klebsiella pneumoniae shows a nonlinear dependence on light intensity2021

    • 著者名/発表者名
      K. Shibata, Y. Nakasone, M. Terazima
    • 雑誌名

      FEBS Lett.

      巻: 595 ページ: 1473-1479

    • DOI

      10.1002/1873-3468.14073

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoreaction of photoactivated adenylate cyclase from cyanobacterium Microcoleus chthonoplastes2021

    • 著者名/発表者名
      M. Ikoma, Y. Nakasone, M. Terazima
    • 雑誌名

      J. Photochem.P hotobiol. B

      巻: 221 ページ: 112252(1-10)

    • DOI

      10.1016/j.jphotobiol.2021.112252

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of hydrated ionic liquid on photocycle and dynamics of photoactive yellow protein2021

    • 著者名/発表者名
      U. Umezaki, M. Hatakenaka, K. Onodera, H. Mizutani, S. Kim, Y. Nakasone, M. Terazima, Y. Kimura
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 4554 ページ: 1-12

    • DOI

      10.3390/molecules261

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A unique photochromic UV-A sensor protein Rc-PYP interacting with PYP-binding protein2021

    • 著者名/発表者名
      S. Kim, Y. Nakasone, A. Takakado, Y. Yamazaki, H. Kamikubo, M. Terazima
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 21 ページ: 17813-17825

    • DOI

      10.1039/D1CP02731J

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectrally silent protein reaction dynamics revealed by time-resolved thermodynamics and diffusion techniques2021

    • 著者名/発表者名
      M. Terazima
    • 雑誌名

      Acc. Chem. Res.

      巻: 54 ページ: 2238-2248

    • DOI

      10.1021/acs.accounts.1c00113

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A time-resolved diffusion technique for detection of the conformational changes and molecular assembly/disassembly processes of biomolecules2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakasone, M. Terazima
    • 雑誌名

      Front. Genet.

      巻: 12 ページ: 1-14

    • DOI

      10.3389/fgene.2021.691010

    • 査読あり
  • [学会発表] 光センサータンパク質VVDの光反応ダイナミクス2021

    • 著者名/発表者名
      中山貴史, ムッシーニ・アンドレア, 中曽根祐介, 寺嶋正秀
    • 学会等名
      分子科学討論会
  • [学会発表] 光応答性DNAとT7 RNAポリメラーゼの分子間相互作用ダイナミクス2021

    • 著者名/発表者名
      竹川玄之介, 中曽根祐介, 神谷由紀子, 浅沼浩之, 寺嶋正秀
    • 学会等名
      分子科学討論会
  • [学会発表] 青色光センサータンパク質eBLUFの選択的ダイマー化反応2021

    • 著者名/発表者名
      柴田耕生, 中曽根祐介, 寺嶋正秀
    • 学会等名
      分子科学討論会
  • [学会発表] Time-resolved detection of association/dissociation reaction and conformation changes of photosensor proteins towards applications in Optogenetics2021

    • 著者名/発表者名
      Masahide Terazima
    • 学会等名
      20th IUPAB Congress
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-resolved detection of water-protein interaction changes by translational diffusion method in protein reactions2021

    • 著者名/発表者名
      Masahide Terazima
    • 学会等名
      PacifiChem
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Excited triplet state dynamics and conformation changes of protein reactions2021

    • 著者名/発表者名
      Masahide Terazima
    • 学会等名
      PacifiChem
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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