NAIST 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 ~光ナノサイエンス~

超分子集合体科学研究室

教員 / 連絡先
教員教授: 廣田 俊
准教授: 松尾 貴史
助教: 長尾 聡,山中 優
特任助教: 太 虎林
キーワード生体機能関連化学,超分子科学,生体分子科学,タンパク質,分光法,有機化学,錯体化学
連絡先TEL:0743-72-6110
研究室URLhttp://mswebs.naist.jp/LABs/hirota/index.html

生体内では、タンパク質、DNA、糖などの生体分子が相互作用して超分子集合体を形成し、生命活動を維持しています。当研究室では、分子レベルでの化学的知識に基づき、様々な分光分析、タンパク質工学、有機合成の手法を駆使して、生体超分子の分子デザインとその応用利用を目指した研究をしています。具体的には、生物が発揮している素晴らしい性質を利用した次世代超分子の創成、非天然機能を有する人工タンパク質の創成、新規光応答性生体分子の開発と生体系への応用、更に、コンフォメーション病(アルツハイマー病や狂牛病など)の原因であるタンパク質構造変性メカニズムの解明と、その知見に基づくタンパク質変性阻害法の探索を行っています。

タンパク質分子を構造ユニットとした新しい概念でのタンパク質超分子・ポリマーを創成し(図1)、新しい機能性生体材料の開発研究を行っている。

タンパク質の構造形成を光制御し、その構造形成過程を追跡することに成功した。金属錯体では、光異性化するアゾベンゼンで2つの錯体を連結し、光により可逆的にDNA切断活性をon-off制御した(図2)。これらの成果は、遺伝子操作、新しいがん療法の開発などに応用できる可能性があり、バイオテクノロジー、薬学などの分野で興味がもたれている。

アルツハイマー病ではアミロイドβペプチドが沈着し、狂牛病ではプリオンタンパク質が凝集する。これらの病気は総称してコンフォメーション病と呼ばれているが、構造異常化のメカニズムは依然不明のままである。本研究室では、これらの疾病、タンパク質構造変性を分子レベルで理解し、その阻害法の開発を行っている。

生体分子は人間が実験室レベルで物質を制御するよりもはるかに効率よく機能している。これらの反応の将来利用のため、これらの精密反応の分子レベルでの理解を目指している(図3)。また、メディシナルケミストリーの観点より、生理活性小分子の機能発現機序の解明と、その知見を基にした精密分子設計および合成を行っている。

天然タンパク質に、有機/錯体合成により,有機金属錯体の導入およびアミノ酸側鎖を介した金属錯体形成を行い、ユニークな機能を持つ「分子デザインを基盤とした機能性生体分子の創成」を実施している。さらに、遺伝子工学的手法との組み合わせにより、合成化学および生化学的アプローチの相補性を活かした生体分子デザイン法の開発も行っている。

  • 図1
  • 図2

図3

Cytochrome c polymerization by successive domain swapping at the C-terminal helix, S. Hirota, Y. Hattori, S. Nagao, M. Taketa, H. Komori, H. Kamikubo, Z. Wang, I. Takahashi, S. Negi, Y. Sugiura, M. Kataoka, Y. Higuchi, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107, 12854-12859 (2010).

Structural Basis of the Lactate-Dependent Allosteric Regulation of Oxygen Binding in Arthropod Hemocyanin, S. Hirota, N. Tanaka, I. Micetic, P. Di Muro, S. Nagao, H. Kitagishi, K. Kano, R. S. Magliozzo, J. Peisach, M. Beltramini, L. Bubacco, J. Biol. Chem., 285, 19338-19345 (2010).

Regulating Copper-Binding Affinity with Photoisomerizable Azobenzene Ligand by Construction of a Self-Assembled Monolayer, I. Takahashi, Y. Honda, S. Hirota, Angew. Chem. Int. Ed., 48, 6065-6068 (2009).

Meso-Unsubstituted Iron Corrole in Hemoproteins: Remarkable Differences in Effects on Peroxidase Activities between Myoglobin and Horseradish Peroxidase, T. Matsuo, A. Hayashi, M. Abe, T. Matsuda, Y. Hisaeda, T. Hayashi, J. Am. Chem. Soc., 131, 15124-15125 (2009).

Molecular Basis of the Bohr Effect in Arthropod Hemocyanin. S. Hirota, T. Kawahara, M. Beltramini, P. Di Muro, R. S. Magliozzo, J. Peisach, L. S. Powers, N Tanaka, S Nagao, L. Bubacco, J. Biol. Chem., 283, 31941-31948 (2008).

Photocontrol of Spatial Orientation and DNA Cleavage Activity of Copper(II)-Bound Dipeptides Linked by an Azobenzene Derivative. H. Prakash, A. Shodai, H. Yasui, H. Sakurai, S. Hirota, Inorg. Chem., 47, 5045-5047 (2008).

Conformational Changes during Apoplastocyanin Folding Observed by Photocleavable Modification and Transient Grating. S. Hirota, Y. Fujimoto, J. Choi, N. Baden, N. Katagiri, M. Akiyama, R. Hulsker, M. Ubbink, T. Okajima, T. Takabe, N. Funasaki, Y. Watanabe, M. Terazima, J. Am. Chem. Soc., 128, 7551-7558 (2006).

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