レーザー分子注入法によるタンパク質結晶化技術

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360011
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 森 勇介 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90252618)
• 研究分担者: 吉川 洋史 大阪大学, 大学院工学研究科, 招聘教員 (50551173)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: ﾚｰｻﾞｰ分子注入法 / タンパク質 / ﾚｰｻﾞｰ核発生 / 溶液撹拌 / ゲル

研究概要

タンパク質の結晶化確率を向上させる新規手法として、フェムト秒レーザーと界面を組み合わせた新規結晶化手法の開発を行った。
鶏卵白リゾチームを用いた核発生誘起実験の結果、ゲル-液や気-液界面にレーザー照射することで、条件によっては従来までの溶液中照射より核発生確率が高くなることを示した。また、ゲル―液界面に晶出したインシュリン結晶を溶液撹拌しながら育成することで、従来法（溶液中で静置しながら育成）よりも高品質を有する結晶を得ることに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] A new practical technique for high quality protein crystallization with the solution stirring technique at the interface between high-concentrated hydrogel and solution (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Aoki, M.Maruyama, Y.Takahashi, M.Yoshimura, H.Y.Yoshikawa, S.Sugiyama, H.Adachi, K.Takano, S.Murakami, H.Matsumura, T.Inoue, and Y.Mori
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.065502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser ablation for protein crystal nucleation and seeding (2014)
  • 著者名/発表者名: H.Y.Yoshikawa, R.Murai, H.Adachi, S.Sugiyama, M.Maruyama, Y.Takahashi, K.Takano, H.Matsumura, T.Inoue, S.Murakami, H.Masuhara, and Y.Mori
  • 雑誌名: Chemical Society Reviews 巻: Vol.43, No.7 ページ: 2147-2158
  • DOI: 10.1039/c3cs60226e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Gel−Solution Interface on Femtosecond Laser-Induced Nucleation of Protein (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Nakayama, H.Y.Yoshikawa, R.Murai, M.Kurata, M.Maruyama, S.Sugiyama, Y.Aoki, Y.Takahashi, M.Yoshimura, S.Nakabayashi, H.Adachi, H.Matsumura, T.Inoue, K.Takano, S.Murakami, and Y.Mori
  • 雑誌名: CRYSTAL GROWTH & DESIGN 巻: Vol.13, Issue 4 ページ: 1491-1496
  • DOI: 10.1021./cg301618h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatially Precise, Soft Microseeding of Single Protein Crystals by Femtosecond Laser Ablation (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Y.Yoshikawa, Y.Hosokawa, R.Murai, G.Sazaki, T.Kitatani, H.Adachi, T.Inoue, H.Matsumura, K.Takano, S.Murakami, S.Nakabayashi, Y.Mori, and H.Masuhara
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: Vol.12, No.9 ページ: 4334-4339
  • DOI: 10.1021/cg300018t
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of a forced solution flow on the step advancement on {110} faces of tetragonal lysozyme crystals : direct visualization of individual steps under a forced solution flow (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Maruyama, H.Kawahara, G.Sazaki, S.Maki, Y.Takahashi, H.Y.Yoshikawa, S.Sugiyama, H.Adachi, K.Takano, H.Matsumura, T.Inoue, S.Murakami, and Y.Mori
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: Vol.12, Issue 6 ページ: 2856-2863
  • DOI: 10.1021/cg300025b
  • 査読あり
• [雑誌論文] (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Sugiyama, M.Maruyama, G.Sazaki, M.Hirose, H.Adachi, K.Takano, S.Murakami, T.Inoue, Y.Mori, and H.Matsumura
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: Vol. 134 ページ: 5786-5789
  • DOI: 10.1021/ja301584y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of energy and wavelength on femtosecond laser-induced nucleation of protein (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Murai, H.Y.Yoshikawa, H.Hasenaka, Y.Takahashi, M.Maruyama, S.Sugiyama, H.Adachi, K.Takano, H.Matsumura, S.Murakami, T.Inoue, and Y.Mori
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: Vol.510, Issues 1-3 ページ: 139-142
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2011.05.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] フェムト秒レーザー誘起キャピテーションバブルによるタンパク質の結晶核発生 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史、村井良多、杉山成、安達宏昭、松村浩由、井上豪、村上聡、高野和文、森勇介
  • 雑誌名: 日本結晶成長学会誌 巻: Vol.38, No.3 ページ: 161-168
  • 査読あり
• [学会発表] フェムト秒レーザーを用いたタンパク質の結晶核発生技術～キャビテーションバブル挙動制御による技術の高度化～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 中山智詞、吉川洋史、倉田将輝、丸山美帆子、村井良多、高橋義典、吉村政志、杉山成、松村浩由、安達宏昭、高野和文、村上聡、井上豪、森勇介
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第34回年次大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場、福岡
  • 年月日: 2014-01-20
• [学会発表] Laser-induced Crystallization of Metastable Form of Pharmaceutical Compound Indomethacin (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Ikeda, T.Yamada, Y.Mori, Y.Takahashi, M.Maruyama, H.Y.Yoshikawa, S.Okada, H.Adachi, S.Sugiyama, K.Takano, S.Murakami, Y.Matsumura, T.Inoue, M.Yoshimura, and Y.Mori
  • 学会等名: International Symposium on Nanophotonics and Nanomaterials 2014 (ISONP2014)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2014-01-15
• [学会発表] 医薬化合物アセトアミノフェンの多形晶出に及ぼす溶媒種の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山田利彦、福喜多俊、池田憲治、森陽一朗、高橋義典、丸山美帆子、吉川洋史、岡田詩乃、安達宏昭、杉山成、高野和文、村上聡、松村浩由、井上豪、吉村政志、森勇介
  • 学会等名: 第43回結晶成長国内会議(NCCG-43)
  • 発表場所: 長野市生涯学習センター、長野
  • 年月日: 2013-11-08
• [学会発表] 超音波印加による医薬化合物の準安定相晶出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森陽一朗、福喜多俊、池田憲治、山田利彦、高橋義典、丸山美帆子、吉川洋史、岡田詩乃、安達宏昭、杉山成、高野和文、村上聡、松村浩由、井上豪、吉村政志、森勇介
  • 学会等名: 第37回結晶成長討論会
  • 発表場所: 長野勤労者いこいの村アゼィリア飯綱、長野
  • 年月日: 2013-09-27
• [学会発表] フェムト秒レーザー誘起結晶化による医薬化合物インドメタシンの結晶多形制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 池田憲治、山田利彦、森陽一朗、高橋義典、丸山美帆子、吉川洋史、岡田詩乃、安達宏昭、杉山成、高野和文、村上聡、松村浩由、井上豪、吉村政志、森勇介
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学、京都
  • 年月日: 2013-09-16
• [学会発表] Polymorphism control of pharmaceutical compound acetaminophen by ultrasonic irradiation (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Mori, Y.Takahashi, K.Ikeda, T.Yamada, K.Nishimura, M.Maruyama, H.Y.Yoshikawa, S.Okada, H.Adachi, S.Sugiyama, H.Matsumura, K.Takano, T.Inoue, S.Murakami, M.Yoshimura, and Y.Mori
  • 学会等名: 17th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy - ICCGE-17
  • 発表場所: Warsaw, Poland
  • 年月日: 2013-08-12
• [学会発表] 超音波印加によるアセトアミノフェン、インドメタシンの結晶多形制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森陽一朗、池田憲治、山田利彦、西村健、高橋義典、丸山美帆子、吉川洋史、岡田詩乃、安達宏昭、杉山成、松村浩由、高野和文、井上豪、村上聡、吉村政志、森勇
  • 学会等名: 日本薬剤学会第28年会
  • 発表場所: ウインクあいち、愛知
  • 年月日: 2013-05-23
• [学会発表] 構造解析に向けた有機・タンパク質結晶化技術の新展 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森勇介
  • 学会等名: 2013年日本結晶成長学会特別講演会「バイオ有機物質における結晶成長-その基礎と応用-」
  • 発表場所: キャンパスイノベーションセンター東京
  • 年月日: 2013-05-17
• [学会発表] 大型高品質タンパク質結晶育成に向けた溶液撹拌技術の検討～成長速度と結晶品質の流速依存性～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 林佑紀、中山智詞、青木裕介、丸山美帆子、高橋義典、吉川洋史、岡田詩乃、安達宏昭、杉山成、高野和文、村上聡、松村浩由、井上豪、吉村政志、森勇介
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学、神奈川
  • 年月日: 2013-03-30
• [学会発表] 超短パルスレーザーを用いた有機結晶核発生～固相ゲル界面効果の検証～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 中山智詞、吉川洋史、青木裕介、倉田将輝、 丸山美帆子、村井良多、高橋義典、吉村政志、杉山成、松村浩由、安達宏昭、高野和文、村上聡、井上豪、森勇介
  • 学会等名: 第42回結晶成長国内会議(NCCG-42)
  • 発表場所: 九州大学、福岡
  • 年月日: 2012-11-11
• [学会発表] 集光短パルスレーザーを駆使したタンパク質結晶化・細胞接着力測定法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史
  • 学会等名: 第8回鴨叡会・生命分子化学科セミナー
  • 発表場所: 京都府立大学、京都
  • 年月日: 2012-10-05
• [学会発表] Effect of Solution on Protein Crystal Growth on High Concentrated Hydrogel (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Aoki, M.Maruyama, Y.Takahashi, M.Yoshimura, H.Y.Yoshikawa, S.Sugiyama, H.Adachi, K.Takano, S.Murakami, H.Matsumura, T.Inoue, and Y.Mori
  • 学会等名: 14th International Conference on the Crystallization of Biological Macromolecules(ICCBM14)
  • 発表場所: Alabama, USA
  • 年月日: 2012-09-26
• [学会発表] Solution Stirring Affects the Behavior of Dislocations and Microdefects During Protein Crystallization : Case Studies of Three Proteins (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Maruyama, M.Nakayama, G.Sazaki, Y.Takahashi, M.Yoshimura, T.Nakamura, H.Y.Yoshikawa, S.Sugiyama, H.Adachi, H.Matsumura, K.Takano, T.Inoue, S.Murakami, and Y.Mori
  • 学会等名: 14th International Conference on the Crystallization of Biological Macromolecules(ICCBM14)
  • 発表場所: Alabama, USA
  • 年月日: 2012-09-25
• [学会発表] 超短パルスレーザーによる膜タンパク質の結晶核発生～界面活性剤のキャビテーションバブルへの影響～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 中山智詞、吉川洋史、青木裕介、倉田将輝、丸山美帆子、村井良多、高橋義典、吉村政志、杉山成、安達宏昭、高野和文、村上聡、松村浩由、井上豪、森勇介
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学、愛媛
  • 年月日: 2012-09-11
• [学会発表] Bio-applications of ultrafast laser pulses to protein crystallization and cell adhesion strength measurement (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史
  • 学会等名: エクストリームフォトニクスセミナー
  • 発表場所: 理化学研究所、埼玉
  • 年月日: 2012-05-31
• [学会発表] 固相ゲル上タンパク質結晶育成法における最適攪拌条件の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 青木裕介、丸山美帆子、高橋義典、吉村政志、吉川洋史、杉山成、安達宏昭、高野和文、村上聡、松村浩由、井上豪、森勇介
  • 学会等名: 第59回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 早稲田大学、東京
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] フェムト秒レーザーを用いたタンパク質結晶核発生技術の高度化～固相ゲルへのタンパク質分子の輸送～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 中山智詞、吉川洋史、青木裕介、倉田将輝、丸山美帆子、村井良多、高橋義典、吉村政志、杉山成、安達宏昭、高野和文、村上聡、松村浩由、井上豪、森勇介
  • 学会等名: 第59回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 早稲田大学、東京
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] Effects of solution stirring on behavior of defects during protein crystallization (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Maruyama, M.Nakamura, Y.Takahashi, S.Sugiyama, H.Adachi, H.Matsumura, K.Takano, T.Inoue, S.Murakami and Y.Mori
  • 学会等名: Eco-materials and Eco-innovation for Global Sustainability (ECO-MATES 2011)
  • 発表場所: Osaka
  • 年月日: 20111128-29
• [学会発表] Improvement of Crystal Qualities by solution stirring techniques (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Maruyama, K.Murakami, Y.Takahashi, M.Imade, M.Yoshimura, S.Murakami, and Y.Mori
  • 学会等名: XXII Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography(IUCr2011)
  • 発表場所: Madrid, Spain
  • 年月日: 20110822-30
• [学会発表] フェムト秒レーザー誘起タンパク質結晶核発生技術の高度化～キャビテーションバブルの挙動制御～ (2011)
  • 著者名/発表者名: 倉田将輝、中山智詞、吉川洋史、丸山美帆子、村井良多、高橋義典、杉山成、安達宏昭、高野和文、村上聡、井上豪、松村浩由、吉村政志、森勇
  • 学会等名: 第41回結晶成長国内会議(NCCG-41)
  • 発表場所: つくば、茨城
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] 固相ゲルと溶液撹拌を用いた新規高品質タンパク質結晶育成技術の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 青木裕介、丸山美帆子、高橋義典、吉村政志、吉川洋史、杉山成、安達宏昭、高野和文、 村上聡、松村浩由、井上豪、森勇介
  • 学会等名: 第41回結晶成長国内会議(NCCG-41)
  • 発表場所: つくば、茨城
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] 溶液攪拌によるタンパク質結晶品質向上メカニズムの解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 丸山美帆子、村上聡、中村真利子、斎藤諭、高橋義典、吉川洋史、吉村政志、杉山成、安達宏昭、高野和文、松村浩由、井上豪、森勇介
  • 学会等名: 第41回結晶成長国内会議(NCCG-41)
  • 発表場所: つくば、茨城
  • 年月日: 2011-11-03
• [学会発表] Protein crystallization controlled by femtoseocnd laser-induced cavitation bubbles (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Y.Yoshikawa, R.Murai, G.Sazaki, S.Sugiyama, Y.Takahashi, M.Maruyama, H.Adachi, S.Murakami, H.Matsumura, T.Inoue, K.Takano, and Y.Mori
  • 学会等名: The 12th International Symposium on Laser Precision(LPM2011)
  • 発表場所: Takamatsu, Kagawa
  • 年月日: 2011-06-07
• [図書] タンパク質結晶の最前線 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史、丸山美帆子、杉山成
  • 総ページ数: 290
  • 出版者: シーエムシー出版
• [産業財産権] 低分子有機化合物の結晶多形制御技術 (2013)
  • 発明者名: 森勇介, 他
  • 権利者名: 国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2013-067629
  • 出願年月日: 2013-03-27