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論文

Difference in the hydration water mobility around F-actin and myosin subfragment-1 studied by quasielastic neutron scattering

松尾 龍人; 荒田 敏昭*; 小田 俊郎*; 中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 藤原 悟

Biochemistry and Biophysics Reports (Internet), 6, p.220 - 225, 2016/07

Hydration water is essential for a protein to perform its biological function properly. In this study, the dynamics of hydration water around F-actin and myosin subfragment-1 (S1), which are the partner proteins playing a major role in various cellular functions related to cell motility, was characterized by incoherent quasielastic neutron scattering (QENS). The QENS spectra of hydration water around F-actin and S1 provided the translational diffusion coefficient, the residence time, and the rotational correlation time. The differences in these parameters indicate a significant difference in mobility of the hydration water between S1 and F-actin: S1 has the typical hydration water, the mobility of which is reduced compared with that of bulk water, while F-actin has the unique hydration water, the mobility of which is close to that of bulk water rather than the typical hydration water around proteins.

論文

Direct interactions between Z-DNA and alkaline earth cations, discovered in the presence of high concentrations of MgCl$$_{2}$$ and CaCl$$_{2}$$

茶竹 俊行*; 角南 智子

Journal of Inorganic Biochemistry, 124, p.15 - 25, 2013/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:54.74(Biochemistry & Molecular Biology)

In this study, crystals of Z-DNA hexamer d(CGCGCG) complexed with MgCl$$_{2}$$ and CaCl$$_{2}$$ were obtained in the presence of high concentrations of alkaline earth salts (500 mM) using a temperature control technique, and their crystal structures were determined at 1.3${AA}$ resolution. Mg$$^{2+}$$ and Ca$$^{2+}$$ cations in these structures tend to interact directly with phosphate groups of Z-DNA duplexes; however, they tend to form water-mediated interactions with Z-DNA in the presence of lower concentrations of alkaline earth salts. In these crystals, a DNA duplex was laid along its c-axis and interacted with its 6 neighboring DNA duplexes through coordination bonds of P-O...(Mg$$^{2+}$$ or Ca$$^{2+}$$)...O-P. A symmetrical hexagonal Z-DNA duplex assembly model may explain DNA condensation caused by alkaline earth salts. These structures offer insights into the functions of alkaline earth cations essential to the structures and assembly of Z-DNA duplexes.

論文

A Methodology for estimating localization of apurinic/apyrimidinic sites in DNA using fluorescence resonance energy transfer

赤松 憲; 鹿園 直哉

Analytical Biochemistry, 433(2), p.171 - 180, 2013/02

 被引用回数:5 パーセンタイル:21.26(Biochemical Research Methods)

We have developed a methodology for estimating localization of lesions on double-stranded DNA using fluorescence resonance energy transfer (FRET). We have focused on apurinic/apyrimidinic (AP) sites, which are typical DNA lesions induced by radiation and chemicals, and produced spontaneously under physiological conditions. Donor-acceptor fluorescent probes with $$O$$-amino groups (AlexaFluor 350-488 dye pair) were used for selectively labeling AP sites. PUC19 plasmid subjected to heat treatment was used as a model double-stranded DNA containing AP sites. The results of both FRET analysis and theoretical study enabled us to prove that AP sites induced by the heat treatment are distributed almost randomly along the DNA molecule. This methodology will be useful for estimating the risk of ionizing radiation and chemicals based on the probability of producing "clustered DNA damage sites", which are considered to be less easily repairable and therefore more harmful to living systems.

論文

Seven cysteine-deficient mutants depict the interplay between thermal and chemical stabilities of individual cysteine residues in mitogen-activated protein kinase c-Jun N-terminal kinase 1

仲庭 哲津子*; 深田 はるみ*; 井上 達矢*; 合田 正貴*; 中井 良子*; 桐井 康行*; 安達 基泰; 玉田 太郎; 瀬川 新一*; 黒木 良太; et al.

Biochemistry, 51(42), p.8410 - 8421, 2012/10

 被引用回数:14 パーセンタイル:39.86(Biochemistry & Molecular Biology)

タンパク質キナーゼは、さまざまな疾病の治療のための創薬標的タンパク質となっている。C-Jun-N末端キナーゼ1(JNK1)に存在する遊離型システインの機能・安定性・構造への効果を調べるために、そのシステイン残基に系統的に変異導入を実施した。JNK1の3つ及び7つのシステインに変異導入したM3変異体とM7変異体は、大腸菌発現実験において、M0野生型JNK1よりも、それぞれ5及び2倍高く発現した。凝集の時間依存性を分析したSDS-PAGEの結果から、M3とM7は凝集しにくいことが示された。走査型熱量計で熱安定性を評価したところ、M0野生型JNK1, M3変異体及びM7変異体は、いずれも3状態で遷移し、熱変性することが示された。2.6${AA}$分解能の結晶構造解析の結果、M3変異体の構造は野生型と同等であった。以上より、(1)最も高く生産され、(2)凝集に対する安定性が改善され、(3)構造も野生型と同等であったM3変異体が、今後JNK1の構造と機能の関係を調べるために最も適した変異体であると結論した。

論文

Reduction of salt-requirement of halophilic nucleoside diphosphate kinase by engineering S-S bond

石橋 松二郎*; 内野 真奈美*; 新井 栄揮; 黒木 良太; 荒川 力*; 徳永 正雄*

Archives of Biochemistry and Biophysics, 525(1), p.47 - 52, 2012/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:24.74(Biochemistry & Molecular Biology)

高度好塩菌Halobacterium salinarum由来ヌクレオシド二リン酸キナーゼ(HsNDK)は、立体構造の安定化に高濃度の塩を必要とする。しかし、アスパラギン酸148番目をシステインに置換したD148C変異型HsNDKは、0.2M NaClの低塩濃度条件下において野生型HsNDKよりも10$$^{circ}$$C以上熱安定性が向上することが判明した。また、熱変性後の巻き戻りには、野生型では2M NaClを必要とするのに対し、D148C変異型では0.1M NaClで巻き戻ることができた。HsNDKは二量体どうしが会合した六量体構造を形成するが、D148C変異導入は六量体内の二量体間に3か所のジスルフィド架橋を形成させて構造を安定化し、本来構造安定化に必要な塩要求性を低減することができたと考えられる。

論文

A Compact intermediate state of calmodulin in the process of target binding

山田 好輝*; 松尾 龍人; 岩本 裕之*; 八木 直人*

Biochemistry, 51(19), p.3963 - 3970, 2012/05

 被引用回数:16 パーセンタイル:44.74(Biochemistry & Molecular Biology)

カルモジュリンは、Ca$$^{2+}$$の結合によって特徴的な構造変化を起こす。本研究では、時分割X線回折とケージドカルシウムの光分解を組合せることで、カルモジュリンのCa$$^{2+}$$及びマストパランの結合に伴う構造変化を解析した。本測定は、0.5-180ミリ秒の時間領域をカバーしている。Ca$$^{2+}$$濃度が増加して10ミリ秒以内に、著しく分子サイズの異なるコンパクトな中間体を検出した。このプロセスは非常に速く、ストップトフロー装置で捉えることはできない。このコンパクトな中間体は、マストパラン非存在下でも検出されたため、Ca$$^{2+}$$結合によって形成されるものと考えられる。この構造状態がCa$$^{2+}$$結合及びN端ドメインの構造変化を制御していると考えられる。

論文

Effect of nitrate on nodulation and nitrogen fixation of soybean

大山 卓爾; 藤掛 浩行*; 八島 裕幸*; 七夕 小百合*; 石川 伸二*; 佐藤 孝*; 西脇 俊和*; 大竹 憲邦*; 末吉 邦*; 石井 里美; et al.

Soybean Physiology and Biochemistry, p.333 - 364, 2011/11

Soybean Physiology and Biochemistryの中の、ダイズ植物の根粒形成及び窒素固定に対する硝酸の影響という章で研究成果をまとめている。窒素固定について、$$^{13}$$N標識窒素ガスを製造し、非侵襲的にイメージングし、定量することができた。硝酸処理下で$$^{11}$$C標識二酸化炭素を投与して光合成産物の根への分配をPETISにより観察し、さらに根粒の成長との関連を調べた。ひとつの植物の根を、硝酸処理区と無処理区に分けて$$^{11}$$C標識光合成産物の根への移行を観察したところ、硝酸処理区の根への移行が早いことがわかった。$$^{13}$$N標識硝酸を根粒着生株と非着生株の根に与え、硝酸処理区,無処理区で吸収,移行の様子を観察したところ$$^{13}$$N標識硝酸の吸収,移行に差はなかった。このことから、根粒の着生は硝酸の吸収,移行に影響を与えないことがわかった。根粒の窒素固定や硝酸の影響に関してPETISを用いたデータが大きく貢献している。

論文

Assessing the role of RecA protein in the radioresistant bacterium ${it Deinococcus geothermalis}$

Sghaier, H.*; 佐藤 勝也; 大庭 寛史*; 鳴海 一成

African Journal of Biochemistry Research, 4(4), p.111 - 118, 2010/04

The moderately thermophilic bacterium ${it Deinococcus geothermalis}$ exhibits extraordinary resistance to ionizing radiation. RecA protein is considered to be one of the most important participants in radioresistance. To assess the role of the RecA protein in ${it D. geothermalis}$, the ${it recA}$ gene was isolated from ${it D. geothermalis}$ and overexpressed in Escherichia coli. After the ${it D. geothermalis}$ RecA protein (GeoRecA) was purified, the recombination activity was investigated ${it in vitro}$. GeoRecA most efficiently promoted the strand exchange reaction between homologous linear double-stranded DNA and circular single-stranded DNA substrates at 50$$^{circ}$$C. Like ${it D. radiodurans}$ RecA protein (DraRecA), GeoRecA could promote DNA strand exchange reaction ${it via}$ normal and inverse pathways. Furthermore, GeoRecA complemented the RecA deficiency of ${it D. radiodurans}$. These results indicate that GeoRecA is a functional homologue of DraRecA and plays an important role in radioresistance. However, unlike DraRecA, GeoRecA could not complement the RecA deficiency of ${it E. coli}$, suggesting that GeoRecA require more strict intracellular conditions than DraRecA does to fulfill its function.

論文

Reconstitution of the muscle thin filament from recombinant troponin components and the native thin filaments

松本 富美子; 弟子丸 俊吾*; 小田 俊郎*; 藤原 悟

Analytical Biochemistry, 399(2), p.299 - 301, 2010/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:59.81(Biochemical Research Methods)

天然の筋肉の細いフィラメント及び大腸菌に発現させた組換えトロポニン構成成分から筋肉の細いフィラメントを再構成する技術を開発した。この技術により、pH6.2において20%グルセロール及び0.3M KCl存在下で、再構成されたトロポニン複合体が天然の細いフィラメント中に交換導入される。90%以上の内在トロポニン複合体が組換えトロポニン複合体に交換される。この技術により調製された再構成細いフィラメントの構造及びCa$$^{2+}$$感受性が保持されることが、X線繊維回折測定、並びに、細いフィラメントにより活性化されるミオシンサブフラグメント1のATP分解活性の測定により確認された。

論文

Phylogenetic and disruption analyses of aspartate kinase of ${it Deinococcus radiodurans}$

西田 洋巳*; 鳴海 一成

Bioscience Biotechnology and Biochemistry, 71(4), p.1015 - 1020, 2007/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:11.66(Biochemistry & Molecular Biology)

放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランスは高度好熱菌サーマス・サーモフィルスと進化的に近縁種である。両者ともL-アスパラギン酸のリン酸化を触媒するアスパラギン酸キナーゼ(AK)の遺伝子を一つずつ持っている。サーモフィルスは、アミノアジピン酸経路でリジンを生合成するが、この経路ではAKが使われない。系統学的解析によって、ラジオデュランスAKはサーモフィルスAKと異なるタンパク質構造を持ち、進化過程が異なることがわかった。また、遺伝子破壊解析によって、ラジオデュランスAKはリジン生合成には使用されず、スレオニン及びメチオニン生合成に使われることがわかった。このように、ラジオデュランスAK遺伝子破壊株はサーモフィルスAK遺伝子破壊株と同様の形質を示すことから、両者のAKは異なる進化的起源を持つにもかかわらず、機能的には違わないことが明らかになった。

論文

A Novel methodology for characterizing strand-break termini and damaged bases in plasmid DNA exposed to ionizing radiation

赤松 憲

Analytical Biochemistry, 362(2), p.229 - 235, 2007/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:14.43(Biochemical Research Methods)

DNAの放射線損傷の特徴を調べるための新しい方法論を開発した。ヘビ毒ホスホジエステラーゼ(SVPD)と子牛腸アルカリ・ホスファターゼ(CIAP)から成る酵素システムを、鎖切断末端の3'側を調べるのに使用した。この研究では、鎖切断末端を2つのカテゴリー、CIAP非依存的SVPD部位とCIAP依存的SVPDに分けた。前者はSVPDがCIAP処理なしで直接認識できる鎖切断末端であり、後者はSVPDの認識にCIAP処理が必要な鎖切断末端である。SVPDで15分間処理する間に産生された未損傷デオキシヌクレオチドを定量することで放射線化学収率(G値)を見積もることができる。この方法で、Co-60$$gamma$$線照射された乾燥DNAの全鎖切断G値は$$sim$$0.1$$mu$$mol/Jであることがわかった。また、CIAP依存的SVPD部位のG値は0.078、CIAP非依存的SVPD部位のそれは0.024と見積もることができた。これらの結果は、生じた鎖切断3'末端'にはリン酸が残りやすいことを示している。

論文

Biological effect of irradiated chitosan on plants ${it in vitro}$

Luan, L. Q.*; Ha, V. T. T.*; 長澤 尚胤; 久米 民和; 吉井 文男; 中西 友子*

Biotechnology and Applied Biochemistry, 41(1), p.49 - 57, 2005/02

キトサンの放射線分解では、脱アセチル化度約80%で初期分子量48万であるキトサンを10%重量濃度の2.5%酢酸水溶液中で、200kGyまで$$gamma$$線照射した。キトサンの分子量が照射によって0.9万まで減少し、FT-IRと元素分析測定からC-O-C結合が切断していることを明らかにした。特に100kGy照射して分子量が約1.6万であるキトサンが最も植物生長促進効果が大きく、キク,キキョウやイチゴ等の生体外組織培養における照射キトサン添加効果では、植物体重量が7.2-17.0%、発芽速度が17.9-69.0%それぞれ増加した。またその最適濃度は、キクで70-100mg/L、キキョウで50-100mg/L、スターチスで30-100mg/Lであることを明らかにした。照射したキトサンは、生長促進効果の指標としての自己防御にかかわる植物内のキトサナーゼ酵素を活性化させ、グリーンハウス内でのキキョウやスターチスの幼芽生存率を高めるといった効果があることを明らかにした。

論文

Hydrogen and hydration in proteins

新村 信雄; 茶竹 俊行; 栗原 和男; 前田 満

Cell Biochemistry and Biophysics, 40(3), p.351 - 369, 2004/06

 被引用回数:22 パーセンタイル:24.58(Biochemistry & Molecular Biology)

本論文は、中性子構造生物学に関するレビュー論文である。中性子回折は、タンパク質中の水素の位置を直接観察できる実験的手段である。われわれは、高分解能の生物物質用中性子回折装置(BIX-type)を原研に設置した。最大1.5オングストローム分解能で、タンパク質の結晶構造解析が可能であり、本論文では、これらの回折装置で得られたタンパク質中の水素・水和構造の興味深い結果を紹介した。

論文

Biological effect of radiation-degraded alginate on flower plants in tissue culture

Luan, L. Q.; Hien, N. Q.*; 長澤 尚胤; 久米 民和; 吉井 文男; 中西 友子*

Biotechnology and Applied Biochemistry, 38(3), p.283 - 288, 2003/12

 被引用回数:32 パーセンタイル:60.91(Biochemistry & Molecular Biology)

海洋多糖類であるアルギン酸(平均分子量9.04$$times$$10$$^{5}$$)を4%水溶液中で10-200kGy照射し、花植物の成長促進効果を調べた。75kGy照射したアルギン酸の分解物が花植物の${it limonuim, lisianthus, chrysanthemun}$に対して、最も成長促進効果的であり、その分子量は1.43$$times$$10$$^{4}$$であった。それらの花に最適な添加濃度は100mg/Lであり、無添加と比較して、茎丈の重量が9.7-23.2%、根の伸長が9.7-39.4%、全体重量が8.1-19.4%増加した。照射アルギン酸の添加は花の色が鮮やかであった。

論文

Cloning of structural gene of ${it Deinococcus radiodurans}$ UV-endonuclease $$beta$$

北山 滋; 鳴海 一成; 舟山 知夫; 渡辺 宏

Bioscience Biotechnology and Biochemistry, 67(3), p.613 - 616, 2003/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:13.97(Biochemistry & Molecular Biology)

放射線抵抗性細菌の紫外線損傷DNAの修復に関わるUVエンドヌクレアーゼ0$$beta$$の酵素活性を解析するために、遺伝子のクローニングを行い、DNA塩基配列を決定した。紫外線感受性変異株では、この遺伝子に1塩基変異が起こっていた。UVエンドヌクレアーゼ$$beta$$遺伝子産物のアミノ酸配列は、${it uvrA}$遺伝子産物であるUVエンドヌクレアーゼ$$alpha$$とは異なり、真核生物由来のUVエンドヌクレアーゼ(UVDE)の配列や枯草菌タンパク質データベースに存在する配列と相同性があった。UVエンドヌクレアーゼ$$beta$$は、UVエンドヌクレアーゼ$$alpha$$と異なり、DNA分子内架橋損傷を修復することはできず、紫外線損傷DNAの修復に特異的に働く酵素であると考えられた。

論文

Characterization of RecA424 and RecA670 proteins from ${it Deinococcus radiodurans}$

佐藤 勝也; 鳴海 一成; 菊地 正博; 北山 滋; 柳沢 忠*; 山本 和生; 渡辺 宏

Journal of Biochemistry, 131(1), p.121 - 129, 2002/01

 被引用回数:25 パーセンタイル:40.28(Biochemistry & Molecular Biology)

これまでデイノコッカス・ラジオデュランスRecAは,大腸菌とは異なり特別な機能を有しているのではないかと考えられてきた。本論文ではラジオデュランスの野生型及び2種類の変異型RecAを解析し,ラジオデュランスRecAが大腸菌RecAと同等の機能を有していること、当該菌の放射線抵抗性にはRecAによるDNA組換え活性よりも、co-protease活性の方がより重要な役割を担っていることを示した。

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