新学術領域研究「柔らかな分子系」ニュースレター

No. 52

平成 29 年 12 月

第６回全体合宿会議 開催報告
北尾 彰朗

（東工大生命理工・総括班）が発揮された共同研究発表であった。今回の発表は実際に研究を行っている若手研究者が主に行った。発表

平成 29 年 12 月 12 日(火)～14 日(木)、本新学術領には本領域の若手研究者の目覚ましい成長ぶりがはっ域研究の第６回全体合宿会議を、沖縄県読谷村で開催

きりと表れていた。またポスターセッションではいつした。会議には、109 名が参加し、25 件の口頭発表、も通り熱い議論が飛び交った。会議二日目の朝のセッ

95 件のポスター発表が行われた。この全体合宿会議は、ションでは、本領域の公募研究代表者で本年 7 月に惜研究代表者・研究分担者・研究員・大学院生・班友ら

しくも逝去された小倉尚志さん（兵庫県立大学 生命理の関係者全員が一堂に会して毎年一回開催している。

学研究科教授）を偲んで、親しい関係者が思い出を語

都市部から離れた場所で研究の発表と討論に集中する

り、全員で哀悼の意を表した。

という、本領域の特徴があらわれた最も重要なイベン

今回の全体合宿会議の終了とともに本領域もラストトのひとつである。これまで多くの共同研究がこの合スパートの体制に入った。参加者は、領域の総仕上げ

宿会議を端緒として展開してきた。

に向けた決意をお互いに確認して帰路についた。この平成 27 年 4 月に公募研究が領域に加わって、大きな研究グループが組織されてからおよそ 3 年 9 ヵ月、公募研究が２巡目に入ってからも 1 年 9 ヵ月が経過し領域で生み出された理論と実験を密接につなぐネット
ワークは、本領域終了後もそれぞれの研究者にとっての重要な財産になるであろう。

た。本領域の終了までも 4 ヵ月を切った最後の全体合

なお、今回の沖縄合宿会議は５大学附置研アライア

宿会議ということもあり、個々の研究には大きな進展

ンス「人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダがみられ、また合宿期間を通して白熱した議論が交わ

イナミック・アライアンス、物質・デバイス領域共同された。

研究拠点」共催として、旅費等の援助をいただいた。

25 件の口頭発表の内、17 件は公募研究代表者・班

また、沖縄県コンベンションビューローの「コンベン友による発表であった。発表のほとんどにおいて共同

ション貸切バス等運行支援事業」より空港送迎バス借研究が研究の発展に大きな役割を果たしていることが上げに対してのご支援をいただいた。ここに記して感見て取れた。残り 8 件の口頭発表は、本領域の真骨頂

謝の意を表する。

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No. 52

平成 29 年 12 月

業績紹介：DNA 光修復酵素による（6-4）光産物の修復メカニズム
Hisham M. Dokainish （東工大生命理工・研究員）
山田 大智 （名工大院工・A03 計画研究連携研究者）
岩田 達也 （東邦大薬・A03 計画研究連携研究者）
神取 秀樹（名工大院工・A03 計画研究代表者）
北尾 彰朗（東工大生命理工・A01 計画研究代表者）

基の機能を補うメカニズムについても明らかにした。
今回の研究は、実験データと計算データを詳細に突き合わせて共同研究を進めることで初めて可能になったものであり、「柔らかな分子系」ならではの研究成果であると言える。

論文題目："Electron Fate and Mutational Robustness in the
Mechanism of (6-4)Photolyase-Mediated DNA Repair"
著者：Hisham M. Dokainish, Daichi Yamada, Tatsuya
Iwata, Hideki Kandori, & Akio Kitao
雑誌巻号：ACS. Catal. 7, 4835 (2017).
本論文は、昨年発表した論文[1]に引き続く A01 北尾
グループと A03 神取グループの DNA 光修復酵素に関

図 1 計算した IR スペクトル。スペクトルのシフトがする共同研究の成果発表の第 2 弾である。

実験結果とよく一致している。

(6-4)光回復酵素の修復メカニズムは、長年の研究にも関わらず、これまでいくつかの重要な点が整合的に明らかになっていなかった。2016 年に北尾グループがACS Catalysis 誌に発表した論文では、MD 計算と
QM/MM 計算を用いて、(6-4)光回復酵素の触媒部位にある２つのヒスチジン残基のプロトネーションを実験と矛盾のない形で推定することができた[2]。本論文では、これまで実験と理論計算が大きく矛盾しているよ
うに見えた(6-4)光回復酵素の触媒反応メカニズムに関して、神取グループが行った高精度な FTIR スペクト
ルと一致する反応経路を北尾グループが行った
QM/MM などの計算を駆使して見出すことができた。
この論文で、これ以前の QM/MM 計算の大きな問題
点は、実際には反応に寄与する触媒部位周辺の補酵素
やアミノ酸残基を十分考慮していなかった点にあったことを明らかにすることができた。研究の過程で様々な大きさの QM 領域を試行した結果、最終的には千原

図2(6-4)光産物の修復メカニズム

子弱の大きな QM 領域を設定した QM/MM 計算を行うことで、これまで実験結果と理論計算の間で矛盾して引用文献いた最初の電子の行先の問題を解決し、全体の反応メ[1] D.Yamada et al., Biochemistry 55, 4173 (2016).

カニズムを解明することができた。

[2] H.M. Dokainish & A. Kitao, ACS Catal. 6, 5500 (2016).

触媒部位にある２つのヒスチジン残基のうちの 1 つ[3] D.Yamada et al., Biophys Physicobiol. 12, 139 (2015).

をアラニンに置換した場合、どちらの変異体も修復能を持つことを、神取グループは既に見出していた[3]。
しかし、特に触媒に部位により近いヒスチジン残基を置換したときになぜこれが可能なのかは謎であった。
本論文では、残されたヒスチジン残基が置換された残435

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平成 29 年 12 月

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spectroscopy”
IFVNaoki Takeshita, Masanari Okuno, and Taka-aki
Ishibashi
P L 6 / V Phys. Chem. Chem. Phys., 19, 2060-2066(2017).

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Katsuhiko Ariga, and Taka-aki Ishibashi
èÓnóJ. Phys. Chem. C, 121, 11241-11250 (2017).

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2874-2878 (2014).

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8988-8991 (2015).

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平成 29 年 12 月

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Internal Reflection Vibrational Sum Frequency Generation
Spectroscopy and Its Application to CaF2/LiquidInterfaces”
Naoki Takeshita, Masanari Okuno, and Taka-aki
Ishibashi J. Phys. Chem. C, 121, 25206-25214 (2017).

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No. 52

平成 29 年 12 月

業績紹介：単結晶氷 Ih 表面の振動スペクトル
野嶋 優妃
鈴木 雄大
高橋 実里
山口 祥一

（埼玉大・助教）（埼玉大・博士前期課程修了）（埼玉大・博士前期課程在学）（埼玉大・A02 計画研究分担者）

でも生成する必要があるが，表面は欠陥を生じやすい環境であるから，バルクにはない局所的なプロトン秩
序を表面に期待することが可能であると我々は考えている．
今回我々は，分子の配向に敏感なヘテロダイン検出

論文題目："Proton Order toward the Surface of Ice Ih

和周波発生（HD-SFG）分光法を単結晶氷 Ih の表面にRevealed by Heterodyne-Detected Sum Frequency Genera-

適用し，OH 伸縮領域の振動スペクトルを測定した [1]．

tion Spectroscopy"

同様の測定はオランダのグループからも報告されたが

著 者 ： Yuki Nojima, Yudai Suzuki, Misato Takahashi,[2]，彼我の結果は位相が π/2 異なり，全く相容れない

Shoichi Yamaguchi

ものとなった（図 1 参照）．我々の結果は，水分子が水

雑誌巻号：J. Phys. Chem. Lett. 8, 5031 (2017).

素を空気側に向けた“上向き”の配向を優勢とするプ
ロトン秩序が表面に存在することを示唆している．彼

氷には現在 17 の結晶多形が知られており，発見されらの結果は，（彼らはそう解釈していないが）バルクにた順番に I, II, III, IV, ··· の番号が付されている．身近

プロトン秩序が存在することを意味している．今後，に存在する氷は大気圧下で最安定な六方晶の Ih（ワン

我々は同位体希釈氷の測定などによってスペクトルのエッチまたはイチエッチと読む．添字 h は hexagonal

信頼性を向上させ，氷表面の構造とダイナミクスの研から．
）である．氷 Ih のバルクの結晶構造は各種回折究をさらに前進させる予定である．

実験によって完全に解明されている．酸素原子は六方【参考文献】

晶の格子点に配置され，水素原子は 2 つの酸素原子の[1] Nojima, Y.; Suzuki, Y.; Takahashi, M.; Yamaguchi, S.,

間に 1 つずつ，H2O が形成されるという制約の範囲内

Proton Order toward the Surface of Ice Ih Revealed by Het-

でランダムに配置される．
（この制約は ice rule と呼ば

erodyne-Detected Sum Frequency Generation Spectroscopy.

れている．
） そのため水分子の配向には長距離秩序がJ. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 5031-5034.

存在せず，これはプロトン無秩序性と呼ばれている．

[2] Smit, W. J.; Tang, F.; Nagata, Y.; Sánchez, M. A.; Ha-

果たして氷 Ih の表面もバルク同様にプロトン無秩序のsegawa, T.; Backus, E. H. G.; Bonn, M.; Bakker, H. J.,状態にあるのか，あるいは表面では何らかの秩序が実

Observation and Identification of a New OH Stretch Vibra-現しているのか，まだ明らかになっていない．秩序化

tional Band at the Surface of Ice. J. Phys. Chem. Lett. 2017,の過程では，ice rule から逸脱した結晶欠陥を一時的に

8, 3656-3660.

図 1. 単結晶氷 Ih の基底面の HD-SFG スペクトル．左は今回の我々のデータ（130 K），右はオランダのグループのデータ（150K）．我々のデータに虚数単位 i をかける（複素平面上で反時計回りに π/2 だけ回転する）と，彼らのデータにほぼ一致する．

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No. 52

平成 29 年 12 月

業績紹介：ロドプシンの機能変換が示す柔らかさ
須藤 雄気 （岡山大・A02 計画研究研究分担者）
神取 秀樹 （名工大・A03 計画研究研究代表者）
井上 圭一 （名工大・A03 計画研究連携研究者）

行われ、本総説は正にその総決算となるものである。

論文題目："Conversion of microbial rhodopsins: insights
into functionally essential elements and rational protein
engineering"
著者： Akimasa Kaneko, Keiichi Inoue, Keiichi Kojima,
Hideki Kandori,Yuki Sudo*
雑誌巻号：Biophys. Rev. 9, 861-876 (2017).

転換研究であり、わずか一残基の変異でそれが達成さ細菌や古細菌、真核藻類などの微生物が持つ光受容その後数多くのロドプシンについて機能転換が試み

膜タンパク質である微生物型ロドプシンは、発色団にられ、イオンポンプ以外にもセンサーやチャネルなど

ロ ドプシンの 機能転換研究の 端緒となっ たのは1995 年のバクテリオロドプシンの Cl-ポンプへの機能れた（図 1）[1]。この事は巨大なタンパク質の中でたった一つの残基が輸送するイオンの決定に重要な役割を持つことを意味しており、また H+と Cl-ポンプという全く異なる機能を示すロドプシンの間に共通の動作メカニズムがあることを示唆している。

all-trans 型のレチナールを持ち、それが光によって 13-

様々なタイプについても研究が行われ[2, 3]、また機能

cis 型へと異性化することで、様々な生理機能が発現すではなく吸収波長についても、短波長吸収型と長波長る。微生物型ロドプシンの主な機能には光駆動型イオ

吸収型の分子を比較することで、その制御が可能となンポンプや光開閉式イオンチャネル、走光性センサー、ってきている[4]。一方で多くの研究で自然界での進化

遺伝子発現制御、光依存的な酵素反応制御などがあり、に逆行する方向では機能転換が容易であるのに対し、他の光受容タンパク質にはない大きな多様性を示す。

進化に沿った方向は極めて困難であることが明らかと一方でその大部分が中央にレチナールが結合した共通されおり、ここから自然界において祖先型の分子の機の７回膜貫通構造を持つことから、これらの機能の違能に重要な構造のエッセンスの一部が子孫の分子でもいはアミノ酸側鎖や内部結合水、結合イオン種などの保存されることが示唆されている（図 2）[5]

わずかな差異によってもたらされていると考えられる。

今後はさらなる機能転換研究を通じて微生物型ロド

このことは機能を分けるのに重要なアミノ酸を置換

プシンの構造と機能のつながりについて、より詳細なすれば、それぞれのロドプシンに本来のものと異なる理解が進むことが予想される一方で、それを基盤にし機能を持たせることができることを示唆している。そた、オプトジェネティクスなどの応用に向けた、より

こでこれまでに様々なロドプシンについて、アミノ酸

理想的な新奇分子ツールの開発が期待される。
[1] Sasaki, J., et al. Science (1995), 269, 73.
[2] Sudo, Y.; Spudich, J. L. PNAS (2006), 103, 16129.
[3] Inoue, K., et al. J. Am. Chem. Soc. (2015), 137, 3291.
[4] Kato, H. E., et al. Nat. Commun. (2015), 6, 7177.
[5] Inoue, K., et al. J. Biol. Chem. (2016), 291, 9883.

置換による「機能転換」研究が行われ、機能決定に重要な要素となる残基の同定が試みられてきた。これは正にタンパク質の機能と構造の柔らかさの本質に迫るものであり、本領域でもそれに関連した研究が数多く

図 1. プロトンポンプ型ロドプシンを中心にした様々なロドプシンへの機能転換

図 2. イオンポンプ型ロドプシンの機能転換

440

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No. 52

平成 29 年 12 月

業績紹介：キラルスピロ π 共役化合物の合成とキロプティカル特性
中野 幸司 （農工大院工・A03 公募研究代表者）
論文題目："Circularly Polarized Luminescence from Chiral
Spiro Molecules: Synthesis and Optical Properties of 10, 10'Spirobi(indeno[1,2-b][1]benzothiophene) Derivatives"

図 2. 今回設計したキラルスピロπ共役化合物

著者：Ko Takase, Keiichi Noguchi, and Koji Nakano
雑誌巻号：Org. Lett. 19, 5082−5085 (2017).

ペクトルを与え、化合物 3 はそれに比べてブロードかつ長波長シフトしたスペクトルを与えた（図 3a）。ま我々は、キラルπ共役分子の合成と機能に関して研た、いずれの化合物のスペクトルも、対応するモデル究を進めており、本領域では、特に、低分子有機化合化合物と比較して、形状は同様であるものの若干長波物として顕著なキロプティカル特性を示すヘリセンに長シフトした。これは、直交した上下のπ共役系間で着目して研究をおこなってきた｡本論文では、キロプテ

は基本的に共役が阻害されているものの、スピロ共役

ィカル特性を示す新たなπ共役化合物群として、キラが存在するためと考えられる。化合物 2 では、直交しルスピロπ共役化合物に着目した。スピロ化合物とは、た上下のπ共役系がほぼ独立に機能することで、化合二つの環が一つの原子を共有した二環式化合物の総称

物 1 と 3（モデル化合物 7 と 8）の特徴を併せ持つようであり、置換基によってキラリティを導入できる。例

なスペクトルを与えた。発光波長は、化合物 1、3、2

えば、スピロπ共役化合物で考えてみると、代表的なの順で長波長シフトした（1: 368 nm,  = 6%; 2: 459 nm,骨格である 9,9′-スピロビフルオレンは D2d 対称のアキ = 1%; 1: 444 nm,  = 76%）。次に、キロプティカル特

ラルな化合物であるが、上下のベンゼン環の同じ位置性として、CD スペクトルを測定したところ、いずれのに置換基を導入すると C2 対称のキラル化合物となる化合物も両エナンチオマーで互いに正負が逆のスペク（図 1）。9,9′-スピロビフルオレン誘導体を代表とする

トルを与え、その非対称性因子は±(1.2−2.0) ×10−3 であった（図 3b）。また、これらの化合物は円偏光発光（CPL）
特性も示し、その非対称因子も比較的大きいことが分かった（1: gCPL = ±1.5 × 10−3; gCPL = ±3.0 × 10−3; gCPL =±1.5 × 10−4）。なお、これは、炭素をスピロ中心とする
キラルスピロπ共役化合物の CPL 特性を明らかにした初めての例である。

図 1. スピロπ共役化合物

スピロπ共役化合物は、有機 EL や有機薄膜太陽電池における有機半導体材料として有効であることが報告されており、多くの化合物が合成されてきた。その中には、キラルな化合物も多く含まれている。一方、そのキラリティに着目した研究例は限定的であり、ほとんどの化合物の物性はラセミ体で評価されてきた。そこで本論文では、新たなキラルスピロπ共役化合物を

図 3. (a) 化合物 1–3, 7, 8 の吸収スペクトルと(b) 化合物
1 の CD および CPL スペクトル

設計し、そのキロプティカル特性を明らかにした。
今回設計した化合物 1–3 およびそのモデル化合物 7、8 の構造を図 2 に示す。化合物 1 の一方のチオフェン

以上の結果は、キロプティカル特性、特に CPL 特性

環を酸化することで化合物 2 が得られ、両方のチオフを示すπ共役化合物の設計に重要な知見であるととも

ェン環を酸化することで化合物 3 が得られる。まず、に、本新学術領域研究での課題の一つである新規ヘテ

ラセミ体の状態で吸収スペクトルを比較したところ、ロヘリセンの合成と機能と融合させることで新たな展化合物 1 は 340 nm 付近に最長極大吸収波長をもつス

開も期待される｡

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平成 29 年 12 月

業績紹介：マイルドな低酸素環境下で活性化するアゾ光増感剤の開発
花岡 健二郎 （東大院薬・A03 公募研究代表者）
田原 太平 （理研・A02 計画研究代表者）
竹内 佐年 （理研・A02 計画研究分担者）

アゾ基の有無でピコ秒の三重項生成の効率を制御できることが確かめられた。さらに、腫瘍内低酸素環境を模した細胞系(酸素濃度が 8%程度)に対し PDT 実験を行った結果、diMe azoSeR を取り込ませた細胞におい

論文題目："Development of an Azo-based Photosensitizerて、低酸素環境下で培養している細胞においても光照

Activated under Mild Hypoxia for Photodynamic Therapy"

射によって細胞死が誘導されることが確認された(図著者：Wen Piao, Kenjiro Hanaoka, Tomotsumi Fujisawa,4)。

Satoshi Takeuchi, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Takuya
Terai, Tahei Tahara, Tetsuo Nagano and Yasuteru Urano
雑誌巻号：J. Am. Chem. Soc. 139, 13713-13719 (2017).
生体内における異常な低酸素状態はがんや虚血性疾患などと密接に関与しており、転写因子である HIF-1
低 酸素 環 境 下 で 活性 化す る 機 能 性 光 増 感 剤 diMeの活性化等を介し様々な生体反応を惹起する。本研究

図 2では、低酸素環境で活性化し光増感能を回復する機能

azoSeR の分子設計。

性光増感剤の開発を行った。
これまでに、蛍光団の共役系にアゾ基を導入することで蛍光を消失させ、低酸素環境依存的にアゾ基が還元的開裂を受けることで蛍光が回復する低酸素感受性
蛍光プローブである「アゾローダミン類」を開発している(図 1)[1,2]。一方、光増感剤とは光励起後に項間交

図 3 CHCl3 中で光励起された azoSeR の緩和過程。
図 1 これまでに開発した還元酵素によって還元的開裂を受けて強い蛍光を発するアゾローダミン化合物。

差などを経て一重項酸素(1O2)等の活性酸素種を生成し、周囲に酸化ストレスを与える色素化合物である。
このような光増感剤をがん細胞に取り込ませて光照射
通常酸素濃度下または低酸素下での光照射(535 nm, 22によりがん細胞殺傷を行う光線力学療法(PDT)が行わ

図4れている。しかし、光増感剤が標的以外の部位に分布

mW/cm2, 2 min)後の A549 細胞の Live/Dead 染色像。

することで、光照射による非特異的な酸化ストレスが引用文献問題視されている。そこで、重原子効果により高い効[1] W. Piao, S. Tsuda, Y. Tanaka, S. Maeda, F. Liu, S.

率で 1O2 を生成することが知られている Se-xanthene 系

Takahashi, Y. Kushida, T. Komatsu, T. Ueno, T. Terai, T.

色素の誘導体として diMe SeR を開発し、それを母核

Nakazawa, M. Uchiyama, K. Morokuma, T. Nagano, and K.

とし て低酸素環 境下で活性化す る光増感剤 である

Hanaoka, Angew. Chem. Int. Ed. 52, 13028-13032 (2013).

diMe azoSeR をデザイン・合成した(図 2)。さらに、フ[2] N. Shin, K. Hanaoka, W. Piao, T. Miyakawa, T. Fujisawa,

ェムト秒時間分解吸収スペクトルの測定によって励起

S. Takeuchi, S. Takahashi, T. Komatsu, T. Ueno, T. Terai, T.

状態について解析を行った結果、4.5 ピコ秒程度で基Tahara, M. Tanokura, T. Nagano, and Y. Urano, ACS Chem.

底状態への速い緩和過程を示すことが分かり(図 3)、

Biol. 12, 558-563 (2017).

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平成 29 年 12 月

業績紹介：光により蛍光特性を変化させるフォトクロミック分子～光応答特性に対する反応点置換基の効果～
森本 正和 （立教大理・A03 公募研究代表者）

1b–5b の蛍光量子収率（Φf）の溶媒依存性は反応点置換基によって異なった。メチル基を有する 1b の Φfは、低極性のヘキサン中では 0.31 であるのに対して、

論 文 題 目 ： "Photoswitchable fluorescent diarylethene
derivatives having thiophene 1,1-dioxide groups: Effect of

ジオキサン中では 0.07、エタノール中では 0.02 と溶媒

alkyl substituents at the reactive carbons"の極性の増大とともに著しく減少した。一方、エチル

著者：Masakazu Morimoto, Takaki Sumi, Masahiro Irie基を有する 2b の Φf は、ヘキサン中では 0.54 であるの

雑誌巻号：Materials 10, 1021 (2017).

に対して、ジオキサン中では 0.42、エタノール中では0.18 と比較的高い値であった。ノルマルプロピル基・光に応答して蛍光特性のスイッチングを示す分子は、イソプロピル基・イソブチル基を有する 3b–5b も 2b

光メモリやバイオイメージングプローブとしての応用と同様に極性溶媒中において比較的高い Φf を示した。

が期待される[1]。光により可逆的な色変化を示すフォ

図 1 に 1b–5b の 1,4-ジオキサン溶液およびエタノール

トクロミック分子の中には、光異性化反応に伴い蛍光溶液の蛍光の写真を示す。高極性のエタノール中にお特性を変化させるものがある。例えば、チオフェンジ

いて 1b はほとんど蛍光を示さないが、2b–5b は蛍光のオキシドを有するジアリールエテン誘導体の開環異性

明るさを保っている。2b–5b は、反応点へのかさ高い体に紫外光を照射すると蛍光性の閉環異性体が生成す置換基の導入により極性溶媒中での無放射過程が抑制る[2]。このような turn-on 型蛍光スイッチ分子は、されるため、高い蛍光量子収率を示すと考えられる。

stochastic optical reconstruction microscopy (STORM) や
reversible saturable (switchable) optical linear fluorescencetransitions (RESOLFT)などの超解像蛍光顕微鏡の蛍光
プローブ分子への応用が期待される。蛍光プローブ分子として実際に応用するためには、蛍光特性や光スイッチング特性を合理的に設計・制御するための分子設計指針を明らかにすることが重要である。本論文では、
チオフェンジオキシドを有するジアリールエテン 1–5
について、蛍光量子収率と光反応量子収率に対する反

図 1 1b–5b の 1,4-ジオキサン溶液およびエタノール溶液の蛍光の写真応点置換基の効果を検討した。
F F

H3C

F
F

CH3

R
Ph

光反応量子収率に対する置換基効果についても検討

F F
F
F

S
S
R
O O
O O

Ph

1a: R = -CH3
2a: R = -CH2CH3
3a: R = -CH2CH2CH3
4a: R = -CH(CH3)2
5a: R = -CH2CH(CH3)2

UV
Vis.

H3C

F
F

F
F

した。1b–4b の光開環反応量子収率は 10−5 のオーダー
CH3であり、非常に小さい値であったが、反応点にイソブPh

チル基を導入すると光開環反応量子収率は 2.1×10−3

R
Ph

S
S
R
O O
O O

(5b) まで増大した。この置換基効果の原因は現時点で

1b: R = -CH3
2b: R = -CH2CH3
3b: R = -CH2CH2CH3
4b: R = -CH(CH3)2
5b: R = -CH2CH(CH3)2は明らかではないが、イソブチル基の導入が光開環反応量子収率を増大させる上で有効であることが示唆され、この知見は超解像蛍光顕微鏡への応用へ向けた重開環異性体 1a–5a の 1,4-ジオキサン溶液は無色であ要な分子設計指針になると期待される。

るが、313 nm 光を照射すると閉環異性体 1b–5b が生成し、溶液は黄色に変化した。1b–5b は吸収スペクトル

引用文献において 430 nm 付近に吸収極大を示し、430 nm 光の[1] T. Fukaminato J. Photochem. Photobiol. C 12, 177-208

照射のもとで緑色の蛍光を示した。1b–5b の溶液に可(2011).

視光（λ > 440 nm）を照射すると、徐々に開環異性体[2] M. Taguchi, T. Nakagawa, T. Nakashima, T. Kawai J.

1a–5a に戻った。

Mater. Chem. 21, 17425-17432 (2011).

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平成 29 年 12 月

名古屋工業大学・神取秀樹教授が「The 3rd AOSP Awards」を受賞
井上 圭一（名工大・A03 連携研究者）

そして今回の AOSP award では、神取さんと共に七田芳則先生（京都大学名誉教授）も受賞され、三人のA03 計画班研究代表者の神取秀樹さんが、The 3rd

受賞者のうち、二人が日本人となりました。お二人はAsia and Oceania Society for Photobiology (AOSP) Awards

ともに日本におけるロドプシン研究の発祥の地である、を受賞しました。本賞は、２年ごとにアジア・オセア

京都大学・生物物理学教室の吉澤透先生（京都大学名

ニア地域の中で、光生物学分野において世界トップレ

誉教授）の研究室のご出身であり、これまで一貫してベルの卓越した研究を行った研究者に対して贈られる

ロドプシンを中心とした日本の光生物学研究を牽引し賞で、今回が３回目となります。そして去る 2017 年 11てこられました。今回お二人が同時受賞となったこと

月 13 日、韓国・ソウルで開催された“8th Asia andは、その日本発の研究の世界的なレベルの高さを示す

Oceania Conference on Photobiology (AOCP)”の会期中にものであり、心からお祝い申し上げるとともに、近年授賞式が催され、賞状の贈呈がなされたとともに、神オプトジェネティクスの発展など目まぐるしいスピー

取さんによる受賞講演も行われました。

ドで変化を遂げる光生物学分野において、さらなる研今回の受賞対象となった神取さんの業績名は究の発展を御祈念いたします。

“Spectroscopic study of photoreceptive proteins”で、長年行ってこられた光受容タンパク質の物理化学的なメ
カニズム研究が高く評価され受賞に至りました。神取さんは 30 年以上にわたって動物型ロドプシン[1, 2]や微生物型のロドプシン[1, 3, 4]、フラビンタンパク質[5]などの様々な光受容タンパク質について、超高速分光やフーリエ変換赤外（FTIR）分光を中心とした分光測定により、光反応に伴う構造変化を調べることで、数多くの知見を見出し、240 報以上の原著論文としてその成果を報告されてきました。中でも機能を保ったま
ま水和量を減らすことで、タンパク質分子内の水和水
一分子の構造変化の検出が可能な FTIR 法を開発され、タンパク質の生理機能発現における水分子の重要さを明らかにすることを可能とされました[6, 7]。

写真：AOCP 2017（韓国・ソウル）において執り行われた授賞式にてまた受賞講演では本領域でも注目されている、神取【参考文献】[1] Ernst, O. P., et al. Chem. Rev. (2014), 114, 126.
[2] Katayama, K.; Kandori, H. Biophysics (2015), 11,61.
[3] Inoue, K., et al. Trends. Microbiol. (2014), 23, 91.
[4] Kandori, H. Front. Mol. Biosci. (2015), 2, 52.
[5] Yamada, D.; Kandori, H. Methods Mol. Biol.
(2014), 1146, 361.
[6] Tanimoto, T., et al. Biochemistry (2003), 42.
[7] Katayama, K., et al. Angew. Chem. Int. Ed. (2010),
49, 891.
[8] Inoue, K., et al. Nat. Commun. (2013), 4, 1678.
[9] Kato, H. E., et al. Nature (2015), 521, 48.
[10] Tahara, S., et al. J. Phys. Chem. Lett. (2015), 6.
[11] Shigeta, A., et al. Biochemistry (2017), 56, 543.

グループから 2013 年に発表されたナトリウムポンプ型ロドプシンの研究についても紹介がなされました[8]。それによると一般的なポンプと異なり、ナトリウ
ムポンプ型ロドプシンは暗状態で基質となるイオンを結合せずともポンプできることを明らかにしました。
この場合他のポンプのように発色団のレチナールが受け取ったエネルギーを、そのまま基質を energize することに用いることができないと考えられます。そこでナトリウムポンプ型ロドプシンがどのように輸送を行っているのか、そのメカニズムに強い興味が持たれましたが、神取さん達の網羅的な研究によって、光エネ
ルギーを得たあと、ダイナミックにイオンを取り込むことで輸送を可能にしているという、新たな輸送機構が示され、その解明には本領域で行われた共同研究も大きな役割を果たしました[9-11]。

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平成 29 年 12 月

A01 班金・松林グループの菊辻卓真君が第 31 回分子シミュレーション討論会において学生優秀発表賞を受賞
金 鋼 (阪大院基礎工・A01 公募研究代表者)
松林 伸幸 (阪大院基礎工・A01 班友)A01 公募研究代表者・金および A01 班友・松林グループ(大阪大学)の研究協力者である、大阪大学大学院
基礎工学研究科の菊辻卓真君(修士 1 年)が、平成 29 年
11 月 29 日(水)から 12 月 1 日(金)の期間に金沢商工会
議所で開催された第 31 回分子シミュレーション討論会において、学生優秀発表賞を受賞しましたので、ご報告いたします。
分子シミュレーション研究会が主催する本討論会は約 300 名の大学、研究所および企業の研究者、大学院生が参加し、コンピュータシミュレーションによる分子集合体の物理・化学的性質に関する諸問題を討論する会議です。近年では、産学連携も視野に入れ分子シ
ミュレーションに対する需要が高まり、参加者数は増

全体合宿会議におけるポスター発表の様子

加傾向にあります。今回約 160 件のポスター発表の半数がエントリーし、受賞対象は 11 件でした。(ちなみに、今年の取りまとめは A01 班長の北尾先生でした。
ポスターセッション終了後約 3 時間後に集計結果公表という大変な仕事をされていました。お疲れ様でした。)
菊辻君は「過冷却水中の水素結合が形成するネット
ワーク構造と破断プロセスの関係」という講演題目で発表をおこないました。本ニュースレター10 月号で、菊辻君の溶液化学シンポジウムにおけるポスター賞受
賞を報告しましたが、今回同内容での発表により受賞しました。詳細については 10 月号をご参照いただけ
ればと思いますが、菊辻君は分子動力学シミュレーシ
ョンにより、過冷却水における水分子間の水素結合挙動の解析から、長時間スケールにおける輸送係数を予測する手法を開発する研究をおこなっています。
菊辻君はこの 1 年間で、化学工学会学生発表会優秀賞と合わせ、3 件の受賞をするという快挙を成し遂げました。今後も質の高い研究成果が出せるよう期待し
ます。

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平成 29 年 12 月

第２６回 WRHI 国際ワークショップ 開催報告藤井 正明

（東工大化生研・総括班、事務局）

本新学術領域研究の第 26 回ワークショプが、平成
29 年 10 月 6 日（金）に、東京工業大学すずかけ台キャンパス（横浜市緑区）で開催された。本ワークショ
ップは“WRHI International Workshop on Advanced
Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems”と題されており、柔らかな分子系のための先端的なレーザー分光を中心とした国際研究集会である。このシンポジウムは本領域と、昨年から東京工業大学が開始した World Research Hub Initiatives（WRHI）が中心となったもので昨年に引き続く２回目の開催である。
今年は東工大化学生命科学研究所の所属する物質・デバイス領域共同研究拠点及び５つの大学附置研究所をむすぶダイナミックアライアンスも共催となり旅費支援を頂いた。中心となる WRHI は世界トップクラスの研究者の異分野交流を促進し、革新的科学技術の創出等を担う「世界の研究ハブ」を目指す組織として開設

東 WRHI 運営委員長(左上), Dopfer 先生(右上),されたもので、国際活動支援班を有する本領域とも相Jouvet 先生(左下), ポスター発表の様子(右下)通じている。今回はベルリン工科大学・Otto Dopfer 先ップに参加し、DNA 光損傷の修復メカニズムに対す

生とエクス・マルセイユ大学・Christophe Jouvet 先る先端理論研究を発表された。また、大島康裕先生（東生、並びに領域外の諸先生を WRHI が招聘し、総勢４

工大 A02 研究分担者）の超高速レーザーによる柔らか

３名の賑やかな会となった。

な分子クラスターの振動回転コヒーレンス制御と計測

ワークショップは WRHI 運営委員長である東正樹は極めて高度な分光研究で強い印象を残した。藤井朱先生（東工大科学技術創成研究院教授）の Opening

鳥先生（東北大、A02 班友）と石川春樹先生は共に分

Remarks に始まり Dopfer、Jouvet 両先生の基調講演

子クラスターの構造に関する温度効果を論じており、２件、７件の招待講演、及び 1４件のポスター発表が柔らかな分子クラスターの構造多様性が系統的に明ら行われた。Dopfer、Jouvet 両先生ともエレクトロスプ

かになりつつあると感じた。また、江幡孝之先生（広レーイオン化法と冷却イオントラップを備えたレーザ

大）の無輻射過程と光異性化解析、関谷博先生（九大ー分光装置を用いる研究を紹介され、また、招待講演

A02 班友）のジアリルエテンの構造と蛍光収率の分光でも石内俊一先生（東工大、A02 研究分担者）、石川春

研究は柔らかな分子系の構造とダイナミクスを捉える

樹先生（北里大、A02 研究分担者）も同様の手法によもので大いに議論が盛り上がった。

る研究を発表し、柔らかな分子系の研究に必須の手段

最後に、シンポジウムの準備と運営を円滑に進めてになりつつあると感じた。さらに本領域 A０１班長の下さった WRHI 事務局、本領域事務局、東工大藤井研

北尾彰朗先生が東工大教授に栄転されて本ワークショ

究室のスタッフ、学生の皆さんに深く感謝申し上げる。

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平成 29 年 12 月

第 27 回ワークショップ「計測を支える先端的レーザー分光の最前線」開催報告
山口 祥一（埼玉大院理工・A02 計画研究分担者）

敦教さん（東大）は超高速赤外分光法による固体酸化物中のプロトンダイナミクスの研究を紹介しました．

2017 年 12 月 2 日（土）に埼玉大学において，第 27

佐々木裕太さん（東工大）はエレクトロスプレー・冷回ワークショップ「計測を支える先端的レーザー分光

却イオントラップと組み合わせたクラスター分光によの最前線」を，日本分光学会先端レーザー分光部会のる K+チャネル選択フィルター部分の構造についての

主要行事「第 13 回若手研究者による先端的レーザー分研究を発表しました．瀬戸浦健仁さん（阪大）はフォ

光シンポジウム」を兼ねて開催いたしました．このシトクロミズムを利用した新しいレーザートラップ法をンポジウムは，普段の学会や討論会などで長い講演時原理からわかりやすく紹介しました．城塚達也さん（東間をもらえることがあまりない大学院生，ポスドク，

北大）は水界面の SFG スペクトルにおける三次非線形

助教といった若手研究者に，40 分程度で（今回は都合

光学感受率の寄与を分子動力学シミュレーションによで 35 分となってしまいました）思う存分に自分の研究って理論的に見積もり，その結果を報告しました．鬼を語ってもらい，予定調和でない真剣勝負の議論を通塚侑樹さん（広島大）は状態選別イオンイメージング

じて交流を深める，ということを目的としています．

によるアンモニア誘導体の非断熱過程の動力学研究の

今回は 11 名の若手研究者を招待し，領域と部会の内外成果を紹介しました．近藤崇博さん（学習院大）はプの先生方，学生の皆さん，総勢 56 名の参加を得て，とラズマを照射した水表面を SFG で調べた結果を発表ても充実したワークショップとなりました．

しました．

山川紘一郎さん（学習院大）は対称性の議論を中心

質疑応答では，怒鳴り合いこそなかったものの，研に分子分光学の基礎的問題への取り組みから講演を始究の根幹にかかわる厳しい質問を領域代表の田原太平

めて，核スピン転換の研究まで話を展開しました．浦さん（理研）らから受けた若手が一歩も引かずに応戦

島周平さん（理研）は和周波発生（SFG）分光法の原していた姿を頼もしく感じました．懇親会の参加率も理をわかりやすく解説し，埋もれた界面の構造についとても高く，初めて会った研究者同士が分光研究を通ての最先端の研究を発表しました．小林雄貴さん（UC

じて楽しく交流することができました．

Berkeley）は 3 fs ポンプ・100 as プローブの（恐らく世

今回は招待講演者 11 名のうち大学院生は 3 名（博士

界最高速の時間分解能と言っていい）過渡吸収分光に

前期課程：佐々木さん，博士後期課程：小林さんと鬼よる気相原子の電子コヒーレンスの研究を紹介しまし塚さん）でした．これからの先端レーザー分光分野のた．和田資子さん（量子科学技術研）はクーロン爆発

発展を考えると，さらに数名の大学院生の発表があれの二次元運動量マップによるジクロロエタン異性体のばなお良かったかと思います．長い時間の研究発表が識別を中心に丁寧に発表しました．劉宗翰さん（阪大）

できる学生は一朝一夕には育成できませんが，手遅れ

はフェムト秒レーザーを用いたインスリンの結晶化とにならないうちに策を講じていかなければならないとアミロイド線維化の誘起について講演しました．櫻井

感じています．

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平成 29 年 12 月

アウトリーチ活動 高校生のためのサイエンス体験「柔らかな分子ってなんだろう」 開催報告
北尾 彰朗 (東工大生命理工・A01 計画研究代表
者/総括班アウトリーチ担当）
村橋 哲郎 (東工大物質理工・A03 計画研究代表
者)
吉沢 道人 (東工大科技院・A03 計画研究分担者)

コンピュータ上のタンパク質を触ろう」を行いました。
今回の体験は、これまで開催したアウトリーチ同様に、参加してくれた生徒諸君に大変好評でした。アンケートに書いてくれた感想には、「最近のイベントの中で一番面白かったです。聞いてていて飽きませんでした。体験できるコーナーも新鮮でした。貴重な体験が「柔らかな分子系」では、毎年アウトリーチ活動をできたと共に、自分はまだまだ化学を知らないなぁと行っています。今年は、平成 29 年 11 月 19 日(日)の午

思いました。
」、「分子について考えることは日常ではな

後１時３０分より 3 時間にわたり、東工大蔵前会館

く、難しいと思っていたが、自分の身の回りでも分子(東京、大岡山）において、高校生のためのサイエンスを作ったりして応用しているものがあると知り驚い

体験「柔らかな分子ってなんだろう」を開催しました。

た。
」、「様々なことを体験したり話を聞くことができて、具体的には、「おもしろい分子のかたち：柔らかなサ
ンドイッチ型分子（村橋）」、「溶けないものを溶かす、柔らかな分子カプセル (吉沢)」、「コンピュータでタン

自分の進路を決める材料としてとても貴重な経験になった。
」、また「化学の面白さを知りました。
」など、生徒の皆さんが、将来のことを考えるよいきっかけとな

パク質の柔らかさに触れよう（北尾）」という 3 つのったようです。アウトリーチ活動を通じて、社会に発テーマを中心としたアウトリーチを行いました。今回

信していくことの意味を痛感しました。

はグループごとのディスカッションを重視し、前半はまた、ご参加いただいた高校の先生方からも、「自分

主にグループ毎の自己紹介や 3 人の講師によるセミナ

自身が生徒以上に楽しんでいました。通常の授業ではー形式で説明を行い、後半は 2 回のディスカッション

提供しにくい題材を、直に研究している方々から聞けと４種類の体験コーナーをローテーションで体験してる機会を生徒がもらえたことは、今後の進路決定の材もらいました。

料にもなると思います。
」、「大学での研究がどのような体験コーナーでは、第一に単結晶Ｘ線構造解析によ流れで行われるか、生徒にとってもイメージしやすく、り決められたサンドイッチ型化合物の構造をコンピュ

将来を考える上でとてもいい体験になったのではないータで眺めてもらいました。生徒さんからは、「サンド

かなと思いました。
」など、ポジティブなご意見もいた

イッチ構造とか、聞いたことがなかった物質を考えた

だきました。
「中高の先生のためにも開催して下さると人は本当に凄いと思い、それらの構造物が実用化されたらいいと思いました。」といった感想がありました。
また、分子模型などを使った分子カプセルの体験では、「吉沢先生の考えられた新しいカプセルに将来性を感じた。使い方を工夫することで様々なことに活用できることに感動しました。
」など、柔らかな分子とは何か、実感してもらえたようです。これ以外に 3D プリンタで印刷したタンパク質を用いた「3 次元モデルで２つのタンパク質の結合を予測しよう」、更に「力覚装置で448助かります。
」というコメントもいただいており、教員向けのアウトリーチ活動も重要であるとの認識を新たにしました。