反応経路解析を応用した超解像イメージングプローブ開発法の確立

应用反应路径分析建立超分辨成像探针开发方法

基本信息

批准号：
17J10083
负责人：
橘椋
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度では、まず初めに昨年度で確立したHMR類の分子内環化反応速度の予測法の適用範囲を広げるべく、さらなる理論的考察を行った。昨年度までに考案していた方法では、スピロ環化反応を担う求核性官能基としてhydroxymethyl基を有するものしか計算を行うことはできなかった。そこで、この方法を元にaminoxymethyl基を有する誘導体群にも適用できるようにモデルの拡張を行い、正確な自由エネルギー計算を実現する溶媒効果の見積もり等の条件を最適化した。さらに昨年度に報告した黄色蛍光を有する新規超解像イメージングプローブについて合成及びタグタンパク質へのラベル化を用いた生細胞超解像イメージングに成功し、タンパク質への結合のさせ方の違い（タグリガンドの伸長方向・位置への依存性など）についても興味深い知見を得た。これらと並行して、量子化学計算プログラムであるGaussian09を効率的に運用するためのpythonプログラムを開発し、発展的な解析を行った。一つ目に、計算法における水和配置の蓋然性検証のため、色素周辺の溶媒水分子の作用をランダムモンテカルロ法により最大化するプログラムを開発し、これをもって昨年度までに開発してきた方法が計算方法の制約の下で最適な方法であることを示した。二つ目に、算出された自由エネルギーの導出過程を詳しく要素分解し、化合物の誘導体化によるスピロ環化特性への影響が大きい位置を判断するプログラムを開発した。これを用いて、これまで誘導体化の例が少なかった置換位置の効果を見積もり、実際に合成して一致を見ることによってこれまで知られてこなかった分子設計戦略の発見に繋げた。

今年，我们首先进行了进一步的理论思考，以扩大去年建立的预测HMR分子内环化反应速率的方法的应用范围。根据去年设计的方法，只能对具有羟甲基作为负责螺环化反应的亲核官能团的化合物进行计算。因此，基于该方法，我们扩展了模型，使其可以应用于带有氨氧基甲基基团的衍生物，并优化了估计溶剂效应等条件，以实现准确的自由能计算。此外，我们使用去年报道的带有黄色荧光的新型超分辨率成像探针，利用标记蛋白的合成和标记，成功地进行了活细胞超分辨率成像。我们还获得了关于伸长方向和位置依赖性的有趣发现。与此同时，我们开发了一个Python程序来高效运行Gaussian09（一个量子化学计算程序），并进行高级分析。首先，为了验证计算方法中水合构型的概率，我们开发了一个程序，使用随机蒙特卡罗方法最大化染料周围溶剂水分子的影响，该方法在以下约束下被证明是最优的。其次，我们开发了一个程序，可以分析将计算出的自由能推导为详细元素的过程，并确定化合物的衍生化对螺环化性质有较大影响的位置。利用这一点，我们估计了很少被衍生化的取代位置的影响，并且通过实际合成它们并检查匹配，我们能够发现迄今为止未知的分子设计策略。