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2016 年度 実績報告書

高感度ラマン光学活性装置の開発とそれによるアミロイド線維天然化過程の構造解析

研究課題

研究課題/領域番号 26708017
研究機関大阪大学

研究代表者

山本 茂樹  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60552784)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードアミロイド線維 / βシート構造 / キラリティ / キラル振動分光 / 分子動力学 / 量子力学
研究実績の概要

ラマン光学活性(Raman Optical Activity; ROA)は分子立体配座に鋭敏な分光法であり,新たな原理に基づいた溶液中タンパク質の立体配座分析法となりうる。しかし,検出感度が低く,解析法が確立していないという課題がある。
我々の量子力学によるROA構造解析法の開発においては,熱変性によりアミロイド線維を形成したインスリンをモデルタンパク質とし,アミロイド線維の高次構造解析法の開発を行った。βヘリックスおよびβロール構造を持つタンパク質の結晶構造を基に,インスリン単量体のアミロイド構造モデルを作製した。これらモデル単量体について,アミロイド繊維状態を模倣した周期境界条件下において分子動力学計算を行い,安定なインスリンアミロイド線維構造を予測した。その結果,線維内においてβロール構造は維持されるが,βヘリックス構造は維持されないことが明らかとなった。構造揺らぎを持つβロール構造(約800個)全てについてROAおよびラマンスペクトルを量子力学により計算し,それらの平均スペクトルを計算した。天然型インスリンについても,同様に分子動力学を適用し,量子力学計算を行った。以上により得られた,アミロイド線維および天然型インスリンの計算スペクトルは,実験におけるスペクトル変化の特徴をよく再現した。この結果は,今回採用したモデル構造(積層したβロール構造)が,現実のインスリンアミロイド線維の構造に近い構造であることを示している。量子力学によるROA構造解析法が可能であることを示した重要な結果である。
高感度ROA装置については,引き続き高強度レーザーを用いた周囲型ROA測定装置の開発を行った。装置光学系の偏光特性の不完全性によるスペクトル背景を抑制するために,ラマン散乱光の直線偏光成分を平均化し,偽信号の発生を抑える回転波長板装置部品を装置に組み込んだ。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] IOCB(チェコ)

    • 国名
      チェコ
    • 外国機関名
      IOCB
  • [雑誌論文] Low-Frequency Vibrational Modes of Poly(glycolic acid) and Thermal Expansion of Crystal Lattice Assigned On the Basis of DFT-Spectral Simulation Aided with a Fragment Method2017

    • 著者名/発表者名
      Shigeki Yamamoto, Mai Miyada, Harumi Sato, Hiromichi Hoshina, and Yukihiro Ozaki
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 121 ページ: 1128-1138

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b11304

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ラマン光学活性と量子力学/分子動力学計算によるインスリンアミロイド線維の高次構造解析2016

    • 著者名/発表者名
      山本 茂樹
    • 学会等名
      日本分析化学会年会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [学会発表] 量子力学計算によるポリグリコール酸の低波数振動の帰属2016

    • 著者名/発表者名
      山本茂樹,宮田真衣,佐藤春実,保科宏道,尾崎幸洋
    • 学会等名
      日本分光学会年次講演会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2016-05-24 – 2016-05-26
  • [備考] 大阪大学大学院理学研究科化学専攻 分析化学研究室

    • URL

      http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/watarai/

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-16  

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