2019 Fiscal Year Annual Research Report
三次元極小界面における脂質分子ダイナミクスの解明と革新的脂質キュービック法の開発
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17H03038
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
一川 尚広 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (80598798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 豪 北里大学, 理学部, 助教 (80547076)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 双連続キュービック液晶 / モノオレイン / アトロプ異性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
さまざまな膜タンパク質の機能解明において、その立体構造を解明することは非常に重要である。この手法として、双連続キュービック液晶を膜タンパク質の結晶化場とした脂質キュービック法は、重要な方法であるが、この液晶マトリックスの設計においてはまだまだ不明点も多く、分子設計指針が確立しているとは言えない。
今年度においては、双連続キュービック液晶を形成する代表的な分子であるモノオレインについて、分子動力学シミュレーションを駆使して、その自己組織化挙動を調べた。様々な分子数や初期条件、境界条件、含水率条件などを設定し、モノオレインが作り出す２分子レイヤー構造と分子構造の関係について明らかとすることができた。
また、双連続キュービック液晶の設計には、ねじれた分子集合構造形成が重要であることに着目した。分子ねじれ構造を有するアトロプ異性体分子を設計したところ、目的の双連続キュービック液晶相を形成することを発見した。構造形成の確認は、シンクロトロンX線産卵測定等により行った。NMRによる分子構造解析や分子シミュレーションにより異性化メカニズムの解明に成功すると共に、この異性化現象が双連続キュービック液晶の発現に大きく関与している可能性を見出すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度の研究において、アトロプ異性体を用いて双連続キュービック液晶を設計するという極めて独創的な分子設計指針を打ち立てることに成功した。この研究結果は、自己組織性分子の設計指針として注目され、専門誌の中でも、トップジャーナルであるAngewandte Chemie International Editionに掲載され、高く評価された。
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| Strategy for Future Research Activity |
従来の脂質キュービックマトリックスと比較して経時的にも安定なキュービックマトリックスを開発することができた。特に、溶媒として水ではなく水和イオン液体などを用いることで、低湿度下でも安定に構造を保つマトリックスを生み出すことができた。また、分子 動力学シミュレーションでも、その描像を追跡することができた。
本年度は、最終年度であるので、これらのマトリックスに膜タンパク質を導入する方法を開発し、結晶化場として利用に挑戦する。また、これとは別に、重合性の脂質キュービックマトリックスの開発にも成功してきた。これらの両親媒性分子中で膜タンパク質を再構築でき れば、機能ナノチャンネルを有する高分子膜が得られるのではないかと考えた。この高分子についてＴＥＭなどを測定できれば、膜タンパク質 の構造を可視化により理解する方法論となりうる。そこで、膜タンパク質を導入した重合性脂質キュービックマトリックスを重合固定化し、TEM測定に挑戦する。 以上の方法論を組み合わせることによって、膜タンパク質の立体構造を明らかにする方法論の開発を目指す。
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