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Onoda Akira

Faculty of Environmental Earth Science　Materials Science　Biomaterials ChemistryProfessor

Researcher basic information

■ Degree
  • (BLANK), Osaka University, Mar. 2002
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
Researcher number
  • 60366424
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • ケミカルバイオロジー
  • ナノバイオテクノロジー
  • 高分子錯体化学
  • 生物無機化学
  • 生体機能関連化学
  • Chemical Biology
  • Nanobio Research
  • Bioinorganic Chemistry
Research Field
  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering), Electron device and electronic equipment
  • Nanotechnology/Materials, Bio chemistry
  • Nanotechnology/Materials, Inorganic/coordination chemistry
■ Educational Organization

Career

■ Career
Educational Background
  • Mar. 2002, Osaka University, Graduate School of Science
  • 1999, Osaka University, 理学研究科, 高分子科学, Japan

Research activity information

■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Books and other publications
  • Functional Macromolecular Complex
    Akira Onoda; Takashi Hayashi, Multimers and assemblies of porphyrins and hemoproteins
    Nov. 2024, 9781837675159, [Single work]
  • 高機能性金属錯体が拓く触媒科学
    小野田晃; 林 高史, バイオハイブリッド触媒による重合反応：バレル型タンパク質反応場の利用
    2020, 33221297, [Joint work]
  • フロンティア機能高分子金属錯体
    小野田晃; 林 高史, ポルフィリンおよびヘムタンパク質の多量体・集合体
    三共出版, 2020, [Joint work]
  • Advances in Bioorganometallic Chemistry
    D. F. Sauer; T. Matsuo; A. Onoda; J. Okuda; T. Hayashi, Artificially Created Metalloenzyme Consisting of an Organometallic Complex Immobilized to a Protein Matrix
    Elsevier, 2019, [Joint work]
  • “Artificial Metalloenzymes Containing an Organometallic Active Site”, In Bioorganometallic Chemistry: Applications in Drug Discovery, Biocatalysis, and Imaging.
    A. Onoda; T. Hayashi; M. Salmain
    Wiley-VCH, Dec. 2014, 9783527335275, Scholarly book, [Joint work]
■ Syllabus
  • 環境物質科学基礎論Ⅲ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 生体物質科学特論Ⅰ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 化学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 環境と人間, 2024年, 学士課程, 全学教育
■ Affiliated academic society
  • Apr. 2002 - Present
    Japan Society of Coordination Chemistry
  • アメリカ化学会
  • 高分子学会
  • 日本化学会
■ Works
  • ヘムタンパク質階層プログラミングによる機能性デバイスの創製（新学術領域研究）
    2011
  • 非天然二核金属中心を有する人工生体触媒の創製（挑戦的萌芽）
    2011
  • 非天然多核金属中心を有する人工タンパク質触媒の創製（基盤研究（Ｃ））
    2010
  • ヘムタンパク質階層プログラミングによる機能性デバイスの創成（新学術領域）
    2010
  • タンパク質をユニットとした配向連結型ポリマーの開発と高機能化
    2009
  • 重金属捕捉タンパク質における新規クラスターの構築と機能
    2009
  • 細胞応用に向けたカルシウムセンサー型人工転写因子の開発
    2009
  • 非天然多核金属中心を有する人工タンパク質触媒の創製（基盤研究（Ｃ））
    2009
  • 金属タンパク質を基盤とする環境調和型ナノ生体触媒の開発 （新世代研究所）
    2008
  • 非天然多核金属中心を有する人工タンパク質触媒の創製 (特別研究促進費)
    2008
  • カルシウムセンサー機能を有する人工DNA結合タンパク質の精密構築 （若手研究（Ｂ））
    2006
  • 金属錯体・DNA複合超分子二次元情報グリッドの創製 （若手研究（Ｂ））
    2005
  • 人工DNA結合タンパク質を利用したDNA情報ナノ空間における機能性錯体の精密配置 （特定領域研究）
    2005
  • 金属錯体・DNA複合超分子二次元情報グリッドの創製 （若手研究（Ｂ））
    2004
  • 人工転写システムの開発に向けた金属イオンセンサー型DNA結合タンパク質の精密制御 （日本証券奨学財団）
    2004
  • 金属イオンセンサー機能を有する人工DNA結合タンパク質の創製 （科学技術振興会（小玉財団））
    2004
  • 無機結晶に結合したオリゴペプチドの構造解析によるバイオミネラルの構築機構解明 （蛋白質研究奨励会）
    2003
■ Research Themes
  • 機能部位・金属錯体触媒部位の連結によるタンパク質リプログラミング
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2024 - 31 Mar. 2029
    小野田 晃
    日本学術振興会, 学術変革領域研究(A), 北海道大学, 24H02213
  • 指向性進化工学とドメイン融合によるバイオハイブリッドの反応場創成
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2024 - 31 Mar. 2027
    小野田 晃
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 24K01533
  • 持続可能な漁業を実現する高付加価値バイオ素材の有効利用
    2021 - 2026
    小野田 晃
    本研究は、チリのコキンボで漁獲される水産資源の加工品由来廃棄物を再生利用して廃棄物のゼロ化を目指す。水産廃棄物から高付加価値バイオ製品を開発・製造し、さらに、このバイオ製品を原料として、食品、農業、畜産資材、化粧品、医薬品のための高機能性バイオ材料を開発する。具体的には、（１）高付加価値バイオ製品の同定・分析の標準化およびそれを活用した製品候補の探索、（２）高純度な高付加価値バイオ製品の製造プロセス開発、（３）高付加価値バイオ製品を活用した新規材料開発と製品開発、（４）高付加価値バイオ製品開発をけん引できる先端人材の育成、に取り組む。
    水産資源の再生利用による高付加価値バイオ製品、高機能性バイオ材料の開発と製品開発を達成し、漁業におけるサステイナブルなバイオエコノミーを形成することを目指す。
    科学技術振興機構, 国際的な科学技術共同研究などの推進/SATREPS, 22577015
  • サステイナブル漁業を実現する高付加価値バイオ製品の再生利用
    国際的な科学技術共同研究などの推進 SATREPS
    2021 - 2026
    小野田 晃
    本研究は、チリのコキンボで漁獲される水産資源の加工品由来廃棄物を再生利用して廃棄物のゼロ化を目指す。水産廃棄物から高付加価値バイオ製品を開発・製造し、さらに、このバイオ製品を原料として、食品、農業、畜産資材、化粧品、医薬品のための高機能性バイオ材料を開発する。具体的には、(1)高付加価値バイオ製品の同定・分析の標準化およびそれを活用した製品候補の探索、(2)高純度な高付加価値バイオ製品の製造プロセス開発、(3)高付加価値バイオ製品を活用した新規材料開発と製品開発、(4)高付加価値バイオ製品開発をけん引できる先端人材の育成、に取り組む。
    水産資源の再生利用による高付加価値バイオ製品、高機能性バイオ材料の開発と製品開発を達成し、漁業におけるサステイナブルなバイオエコノミーを形成することを目指す。
    科学技術振興機構, 北海道大学, Principal investigator
  • Construction of a Structural and/or Functional Model of New Light-harvesting System Using Artificial Hemoprotein Assembly
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
    01 Apr. 2020 - 31 Mar. 2024
    林 高史; 小野田 晃
    近年、植物の光合成に関する作用機序が次々と明らかとなり、光合成の活性中心を模倣・応用する研究も盛んに実施されている。そのモデル研究の多くは低分子の色素を合成化学的・超分子化学的に集積させるアプローチである。本研究では、光合成初期過程の光捕集アンテナ組織に学び、これまで我々が精力的に実施しているヘムタンパク質人工集積化手法を駆使して、多数の色素をタンパク質マトリクス内に環状に配置した人工光捕集系の構築を行うための基盤作りを実施している。これまでに、HTHP (Hexameric tyrosine-coordinated heme protein)と呼ばれているヘムタンパク質6量体（天然の機能は不明）を核として、六量体の一つ一つのヘムポケットにチトクロムb562（電子移動ヘムタンパク質）のオリゴマーを放射状に伸ばすStar-shaped 集合体の形成を行った。しかし、予想していたようにHTHPを核としてチトクロムb562のオリゴマーが成長することがなく、大きな集合体が得られなかった。そこで、チトクロムb562同士を、2,2’-ジピリジルジスルフィドを用いて、ジスルフィド結合で結ぶ集合体の形成方法の確立と、その手法を用いてチトクロムb562と新たなタンパク質としてgreen fluorescent protein (GFP)を共有結合で結び、光励起エネルギー移動を観測した。その結果、チトクロムb562の異種変異体間の選択的な2量体、3量体合成を獲得すると共に、同手法を用いて、GFPとチトクロムb562の複合体内でのエネルギー移動を蛍光分光測定と蛍光寿命から測定し、両タンパク質間の結合位置にGFPの蛍光寿命が依存することが明らかとなった。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Osaka University, 20H00403
  • 指向性進化工学を駆使したRh連結バイオハイブリッド触媒の開発
    科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
    01 Apr. 2020 - 31 Mar. 2022
    小野田 晃
    本研究では、多彩な反応性をもつ金属錯体触媒と、精緻かつ多様な反応場を提供するバレル型タンパク質を融合したバイオハイブリッド触媒を構築し、新たな位置選択性・官能基選択性・基質選択性を付与した触媒系の開拓に取り組んだ。具体的には、Cp*Rhコアを有するバイオハイブリッド触媒を出発点として、オキシムとアルキンの付加環化によるイソキノリン合成反応を対象として、より高活性なバイオハイブリッド触媒を指向性進化工学の手法により構築した。バレル型タンパク質ニトロバインディンのGln96Cys変異体のCysとCp*Rh 錯体のマレイミド基の付加反応により固定した触媒を、マルトース結合タンパク質との融合体として調製した。この融合型のRh連結バイオハイブリッド触媒を、マルトース結合レジンを用いて、簡便に精製、さらに、反応と生成物を評価する系を確立した。生成物の溶解度や蛍光強度を考慮した上で、原料のオキシムとアルキンの誘導体の組み合わせを複数検証し、ハイスループット評価を実施した。ニトロバインディンの遺伝子をコードする領域の全体に対してエラープローンPCRによりランダムに変異を導入、また、金属錯体の近傍のアミノ酸残基に対して全アミノ酸を変異導入する飽和変異の導入を行ったライブラリーを準備した。これらのライブラリーを利用して、タンパク質を発現、Cp*Rh 錯体の連結、そして触媒活性評価を行った。この手法により触媒活性の向上に寄与する残基位置と種類を複数選出し、さらに、これらを組み合わせたタンパク質反応場を決定する一連の操作を繰り返した。約4000種類の探索により、活性向上したRh連結ハイブリッド触媒の構築に成功した。新たなタンパク質ドメインをニトロバインディンに融合したバイオハイブリッド触媒では、基質結合能の向上によって、さらに触媒活性が向上することも見出した。
    日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, 20H04820
  • Development of Non-precious Metal Carbon Catalysts on the Basis of Coordination Chemistry on the Edge of Carbon Materials
    Grants-in-Aid for Scientific Research Challenging Research (Exploratory)
    28 Jun. 2019 - 31 Mar. 2021
    Onoda Akira
    Pyrolytically-prepared iron and nitrogen co-doped carbon (Fe/N/C) catalysts are promising non-precious metal electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) in fuel cell applications. Fabrication of the Fe/N/C catalysts with Fe-Nx active sites having precise structures is now required. We developed a strategy for thermally-controlled construction of the Fe-Nx structure in Fe/N/C catalysts by applying a bottom-up synthetic methodology based on an N-doped graphene nanoribbon (N-GNR). The preorganized aromatic rings within the precursors assist graphitization during generation of the N-GNR structure with iron-coordinating sites. The Fe/N/C catalyst prepared from the N-GNR precursor, iron ion, and the carbon support provides a high onset potential and promotes efficient four-electron ORR.
    Japan Society for the Promotion of Science, Challenging Research (Exploratory), Osaka University, 19K22202
  • アシンメトリー配位圏を有するバレル型バイオハイブリッド触媒を活用した反応開拓
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    01 Apr. 2019 - 31 Mar. 2021
    小野田 晃
    本研究では、多彩な反応性を示す金属錯体触媒と、精緻な反応場を提供するバレル型タンパク質の融合により、アシンメトリー配位圏を有するバイオハイブリッド触媒を構築し、従来の金属錯体や酵素にはない新たな位置選択性や官能基選択性を付与した合成反応の開拓に取り組んだ。反応性の高いRh錯体を固定化したバイオハイブリッド触媒を活用し、位置選択的な炭素－炭素結合形成反応、また、バレル空孔内に芳香環拡張型のアシンメトリー配位圏を構築し、不斉Diels-Alder 反応を実証した。タンパク質には、強固なベータバレル構造を有するニトロバインディンの疎水空孔を活用して、様々な金属錯体触媒を共有結合により残基選択的に固定化したバイオハイブリッド触媒を開発してきた成果を踏まえて、ペンタメチルシクロペンタジエニル配位子をもつRh(III)錯体を選択し、マレイミドを導入した錯体とニトロバインディンの疎水空孔内のシステインを共有結合的に連結可能な手法を確立した。ジチオリン酸配位子で空配位座を保護したRh(III)錯体をタンパク質に連結後、硝酸銀の添加により、Rh(III)錯体を活性化する手法である。この手法により調製したバイオハイブリッド触媒は、硝酸銀存在下、フェニルオキシム及びアルキンの付加環化反応において触媒活性を示すことを明らかにした。ニトロバインディンの疎水性空孔にグルタミン酸を導入することによって、触媒活性が向上することを見出しており、Rh(III)錯体近傍のアシンメトリー空間の構築を成功した。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Osaka University, 19H04579
  • 抗原タンパク質N末端連結を基盤としたウイルスワクチン製造技術の開発
    産学が連携した研究開発成果の展開 研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP) トライアウト トライアウトタイプ(標準)
    2021 - 2021
    小野田 晃
    新型コロナウイルスをはじめとする感染症のワクチンとして、感染性がないウイルスのタンパク質のみを抗原として利用する方法があり、免疫獲得の有効性の高いワクチンとして、抗原タンパク質の二量体が有望視されている。本提案者は、タンパク質N末端に対して特異的・高修飾率で簡便に化学修飾が可能な独自技術を開発した。本提案では、この技術を活用して、抗原タンパク質を多量体化したワクチンの製造技術に応用する。N末端連結が可能な二方向性の修飾剤の化学構造と、抗原タンパク質の二量体化反応の条件を最適化し、抗原タンパク質ワクチンを簡便かつ高収率・高純度に製造する技術を開発する。
    科学技術振興機構, 北海道大学, Principal investigator
  • 薬剤をN末端に連結したタンパク質製剤を製造するための新技術の開発
    産学が連携した研究開発成果の展開 研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP) トライアウト トライアウト
    2020 - 2021
    小野田 晃
    薬剤・高分子等を連結したタンパク質製剤の製造には、タンパク質の化学修飾を位置特異的に施す技術が重要性である。本提案者は、タンパク質N末端に対して特異的・高修飾率で簡便に化学修飾が可能な独自技術を開発した。本提案では、この技術をタンパク質製剤の製造に実用するために、1)修飾試薬の製造工程を低い温度(50°C)で可能にし、2)タンパク質製剤の化学修飾連結部の安定性を向上する(24時間で95%保持)。さらに、改良技術を用いて、薬剤を連結したタンパク質製剤を作製し、その血中安定を評価する。本技術は、目的の分子をN末端に自在に連結できるので、タンパク質製剤を製造する化学・製薬企業の利用が期待できる。
    科学技術振興機構, 北海道大学, Principal investigator
  • 金属錯体を微生物の細胞表面に固定化した高選択的バイオハイブリッド触媒系の開発
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2020
    小野田 晃
    社会から要請される複雑な物質群を高効率かつ選択的に変換する触媒系を開拓することは、最重要課題の一つである。金属錯体触媒に、生物がもつ多様な分子環境を融合すれば、未踏の選択性を達成すると期待される。本研究は、多彩な反応性をもつ金属錯体触媒と、精緻かつ多様な反応場を提供するバレル型タンパク質を融合したバイオハイブリッド触媒を構築し、従来にはない位置選択性・官能基選択性・基質選択性を付与した触媒系を開拓することが目的である。さらに、バイオハイブリッド触媒部位を細胞表面提示した人工微生物触媒を作製し、金属錯体の反応場と網羅的かつ高速に探索可能な実験室進化の手法と組み合わせ、タンパク質反応場を最適化し、困難な反応選択性を示す触媒を開拓する。本年度は、反応性の高いシクロペンタジエニルロジウム錯体を固定化したバイオハイブリッド触媒を活用し、非対称内部アルキンを基質とする位置選択的なイソキノリン合成を実施した。また、ロジウム近傍にカルボキシル基を変異導入により配置することによって、触媒活性が向上することも見出しており、タンパク質反応場のチューニングの有効性も実証した。このような探索を迅速化するために、バイオハイブリッド部分を表面提示したホールセル触媒系の構築に取り組んだ。細胞表面との連結を円滑にするために、ロジウム錯体の配位子の最適化を検討して、種々のチオール系配位子を試した結果、ジチオリン酸配位子で空配位座を保護したロジウム錯体では、タンパク質ホストと連結後に金属塩添加により脱保護を伴い、ロジウム錯体を再活性化可能であることを見出した。このバイオハイブリッド触媒は、硝酸銀存在下においてオキシム及びアルキンの付加環化反応において触媒活性を示すことも明らかにした。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Osaka University, 18H04651
  • An biohybrid catalyst containg an asymmetric coordination sphere embedded within a beta barrel protein
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    01 Apr. 2017 - 31 Mar. 2019
    小野田 晃
    本研究では、多彩な反応性を示す金属錯体触媒と、精緻な反応場を提供するバレル型タンパク質の融合により、アシンメトリー配位圏を有するバイオハイブリッド触媒を構築し、従来の金属錯体や酵素にはない新たな位置選択性や官能基選択性を付与した合成反応の開拓に取り組んだ。具体的には、反応性の高いRh錯体を固定化したバイオハイブリッド触媒を活用し、位置選択的な炭素－炭素結合形成反応、また、バレル空孔内に芳香環拡張型のアシンメトリー配位圏を構築し、不斉Diels-Alder 反応を実証した。タンパク質には、強固なベータバレル構造を有するニトロバインディンの疎水空孔を活用して、様々な金属錯体触媒を共有結合により残基選択的に固定化したバイオハイブリッド触媒を開発してきた成果を踏まえて、ペンタメチルシクロペンタジエニル配位子をもつRh(III)錯体を選択し、マレイミドを導入した錯体とニトロバインディンの疎水空孔内のシステインを共有結合的に連結可能な手法を確立した。ジチオリン酸配位子で空配位座を保護したRh(III)錯体をタンパク質に連結後、硝酸銀の添加により、Rh(III)錯体を活性化する手法である。このバイオハイブリッド触媒は、硝酸銀存在下、フェニルオキシム及びアルキンの付加環化反応において触媒活性を示すことを明らかにした。ニトロバインディンの疎水性空孔にグルタミン酸を導入することによって、触媒活性が向上することを見出しており、Rh(III)錯体近傍のアシンメトリー空間の構築を成功した。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Osaka University, 17H05370
  • A transition state of biologically relevant Fe hydride: Reactivity studies in a protein cavity
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    10 Jul. 2015 - 31 Mar. 2019
    Onoda Akira; Hayashi Takashi; Himiyama Tomoki; Tachikawa Kengo; Aoki Ayumi
    A structurally well-defined protein scaffold will provide a platform to build an artificial metalloenzymes with a designed outer coordination environment capable of accelerating important chemical transformation. To generate a [FeFe]-hydrogenase model, an H2-evolving diiron complex with a bridging dithiolate ligand was covalently embedded within a nitrobindin cavity formed by a robust beta-barrel structure. Nearby the diiron site, an amide moiety was introduced using azadithiolate ligand and then positioning a proton shuttling residue was positioned by Glu at the residue 100. The diiron catalyst with the proton shuttle provides the highest photocatalytic evolution activity at pH 4. We here demonstrate that the approach unifying a synthetic metal catalyst and the structurally well-designed protein scaffold has immense potentials in proton shuttle during the catalysis.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Osaka University, 15KT0144
  • Development of High Performance Biohybrid Catalyst by Directed Evolution(Fostering Joint International Research)
    Grants-in-Aid for Scientific Research Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research)
    2017 - 2019
    Onoda Akira
    Efforts to develop biocatalysts with new chemical reactivity and selectivity different from that found in nature indicate that promising strategies involve incorporation of a metal-containing moiety into protein scaffolds. In this project, to generate biohybrid catalysts with improved activity and selectivity, we develop key methods in high-throughput screening technology for directed evolution of biohybrid catalysts containing a transition metal complex. The rhodium complex active for the wide range of C-H bond functionalization is able to be linked with the scaffold protein expressed on the cell surface of the bacteria. In addition, the activity toward C-H bond functionalization producing isoquinoline from phenyloxime and alkynes was screened by the fluorescence measurements. We demonstrated that the catalytic activity of the rhodium complex-linked biohybrid catalyst is improved using these methods that enables directed evolution of the biohybrid catalysts.
    Japan Society for the Promotion of Science, Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research), Osaka University, 16KK0112
  • Development of non-precious metal carbon electrocatalysts for polymer electrolyte fuel cell by biomimetic approaches
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    01 Apr. 2015 - 31 Mar. 2018
    Onoda Akira; Hayashi Takashi; Tanaka Yuta; Ito Minoru
    As an alternative for a platinum-free fuel cell cathode catalyst, nitrogen-containing carbon electrode catalysts for an oxygen reduction reaction (ORR) were developed by using metal complexes with expanded salen ligands. The strategy improves tenability of the generation of the Fe-N active sites. The catalyst were prepared by pyrolysis of a carbon support immersed with a series of Fe(salen) complexes with a π-expanded ligand as metal and nitrogen sources. Linear sweep voltammogram shows that the onset potential for ORR was positively shifted in the case of the carbon catalyst prepared from the expanded Fe(salen) complex relative to ones prepared from simple Fe(salen) complex. The result suggests that tuning the ligand frameworks of Fe(salen) complexes have a significant impact on the ORR activity of the carbon catalysts.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Osaka University, 15H03857
  • Development of suramolecular recruiting technology for elucidation of dynamics of protein assemblies involved in cell division
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
    01 Apr. 2015 - 31 Mar. 2018
    Onoda Akira; HAYASHI Takashi
    Cell division protein FtsZ assembles as a filamentous structure at midcell leading to the formation of a ring-shaped structure (Z-ring) which constricts to initiate cytoplasmic division. The event involves the conformational change of FtsZ assembly triggered by GTP hydrolysis. To unravel the dynamics and functional aspects of FtsZ assembly, a system in which the assembled structure of engineered FtsZ is perturbed by a supramolecular interaction with external adaptor proteins was developed. FtsZ protein fused with a Strep-tag and a membrane-targeting peptide (Strep-FtsZ-mtp) was found to form a filamentous structure similar to that of the native protein. AFM measurements visualized that the assembly of Strep-FtsZ-mtp was enforced to form a curved structure by the interaction between Strep-tag and streptavidin (Sav). The assembly embedded in a liposome was imaged by fluorescence microscopy.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Osaka University, 15K12747
  • 金属タンパク質と合成ポリマーから構成される機能性ハイブリッド界面の開発
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    01 Apr. 2015 - 31 Mar. 2017
    小野田 晃
    本研究では、電子移動・触媒・センサー機能を有する金属タンパク質および金ナノ粒子や高分子などのナノ材料となる機能性元素ブロックを、生体分子に特有の精密な分子間相互作用を活用した機能性ハイブリッド界面を構築し、バイオマテリアル及び生体分子デバイスへの展開をめざした。金属タンパク質を階層化してハイブリッド化する技術を発展させて、合成ポリマーとの組み合わせにより、金属タンパク質の配向やメゾスコピック構造を制御したハイブリッド材料を創製に取り組んだ。特異な電子的・光学的性質をもつ金ナノ粒子は、多彩な機能性材料への応用が期待されている。直径10-100 nmの金ナノ粒子は、金の原子核に束縛された自由電子の集団振動周波数に相当する光を吸収し、表面プラズモン共鳴 (SPR)と呼ばれる光吸収特性を示すだけでなく、酸化チタンや酸化タングステンなどの半導体光触媒上に担持した際に、高い触媒活性を示す。半導体の光触媒活性は、担持金ナノ粒子の形状や、担体への担持構造が影響を及ぼすことから、今年度は、金ナノ粒子を含むハイブリッド材料の構築に取り組んだ。タンパク質などの生体分子間の超分子相互作用を利用した担持金ナノ粒子の形状制御を行い、生体分子－金界面形成により半導体光触媒の緻密な表面改質が可能であることを見出した。また、可視光応答性光触媒である 金ナノ粒子-WO3 複合体において、担持された金ナノ粒子の集合構造を自己集合性アミロイドペプチドにより制御し、その光電変換効率を評価した。アミロイドペプチドを修飾した金ナノ粒子は酸性条件下で繊維状の金ナノ粒子集合体を形成し、長波長域のプラズモン共鳴吸収を示すとともに WO3 の光電変換効率を向上に寄与することを明らかとした。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Osaka University, 15H00746
  • 金属タンパク質と金属ナノ粒子の階層化によるハイブリッド界面の構築
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    01 Apr. 2013 - 31 Mar. 2016
    小野田 晃
    電子移動・触媒・センサー機能を有する金属タンパク質と多様な物性を持つ金属・半導体ナノ粒子のそれぞれを機能性の元素ブロックととらえ、生体分子の精密な分子間相互作用を活用して、金属タンパク質と金属ナノ粒子を階層化したハイブリッド型ナノ界面を電極基板上に構築した。安定性および量子収率に優れた半導体ナノ粒子を表面修飾することにより、ヘムタンパク質との複合化による触媒系を構築した。ヘムタンパク質としてミオグロビン（Mb）、半導体ナノ粒子としてCdTeナノ粒子（CdTe QD）を選択し、複合体の構築を行った。複合体におけるCdTe QDからMbへの電子移動反応および複合化後のヘムタンパク質機能について検証した。光還元によるMbの機能化について検証したところ、CO雰囲気下において可視光照射した際に、Fe(III)のmet-Mbは一電子還元を受けてFe(II)-CO錯体のCO-Mbに変換されることを明らかにした。ヘムタンパク質であるMbの機能を保持した状態でタンパク質への電子移動反応を高効率化したQD複合体の構築に成功しており、シクロデキストリンとアダマンタンの超分子相互作用を介して表面固定も有効であることを見出した。
    電子移動の効率的なバイオ電極構築をめざし、電極上に固定した補酵素等の酸化還元中心に対しアポタンパク質を再構成することにより、酵素と電極間の効率的な電気伝導が可能となるバイオデバイスを作製した。具体的には、金ナノ粒子を固定化した電極表面にヘムを化学修飾し、その後アポタンパク質の再構成することによって、ヘムタンパク質を固定化修飾した電極を作製した。ヘム－ヘムポケット間の相互作用を活用した本系においてシトクロムb562の電子移動効率の優位性が明かとなった。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Osaka University, 25102527
  • Non-Precious Metal Carbon Catalysts containing Multinuclear Active SItes
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
    01 Apr. 2013 - 31 Mar. 2016
    Onoda Akira; Hayashi Takashi
    Polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) currently represent one of the most promising technologies for energy conversion. It is desirable to replace the Pt catalysts used at both of the fuel cell electrodes with non-precious metal catalysts (NPMCs). We developed a high performance NPMC for four-electron ORR, which is appropriate for use at the cathode in PEFCs. Myoglobin, which contains heme, a natural iron N4-macrocyclic cofactor, and iron salen complexes are used as the catalyst source. It is found that the Mb-based NPMC pyrolyzed at 940 °C has the highest activity toward four-electron ORR with an onset potential of 0.84 V. Our study demonstrates that myoglobin and the colencomplhas excellent potential for use as a precursor of NPMCs in construction of PEFCs.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (A), Osaka University, 25708031
  • Construction of a New Catalyst Using a Protein Matrix
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    01 Apr. 2010 - 31 Mar. 2016
    Hayashi Takashi; ONODA Akira
    Biosynthesis and metabolic degradation are one of the fundamental examples which are related to the straight toward organic synthesis. The efficient reactions require enzymes as a biocatalyst. Therefore, it will be an appropriate approach for chemists to modify a protein to yield a useful catalyst. Our group has focused on the construction of a biohybrid catalyst in which an artificially created metal complex is linked into an aproprotein after the removal of a cofactor heme of a hemoprotein. As a result, we have demonstrated that several biohybrid catalysts can promote reactions such as C-H bond activation, C-C bond formation or hydrogen evolution which seems to be difficult for natural enzymes. Furthermore, we indicate that the fine-tuning of the reaction scaffold of our biohybrid catalyst by mutagenetic approach is capable of controlling the reaction activity and stereoselectivity.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Osaka University, 22105013
  • ヘムタンパク質を活用した異種タンパク質階層プログラミングとバイオデバイスへの展開
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    01 Apr. 2012 - 31 Mar. 2015
    小野田 晃
    本研究は、電子移動・触媒・センサー機能を有するヘムタンパク質におけるヘム－ヘムポケットの相互作用を活用して、異種タンパク質の階層構造を電極基板上へプログラム構築するとともにバイオデバイスへの展開を目的として実施した。タンパク質の複雑な人工集合体やナノ構造体を精密構築しデバイス化するという観点から独創的な試みである。ヘムのプロピオン酸側鎖にマレイミドを導入し、シトクロムb562 (cyt b562) 表面に導入した一つのシステインとカップリングし、ヘムタンパク質自己集合体のモノマーユニットを調製した。タンパク質は、昨年度までと異なり、修飾位置を変更してユニットも調製をした。基板へのタンパク質の連結方向を180度変えたユニットについても調製を行った。さらに、プロトポルフィリンIX の中心金属を Zn に置換したユニットも調製した。金電極表面に自己組織化膜を形成後、ヘムあるいはZnプロトポルフィリンIX を縮合により表面修飾を行い、モノマーユニットを添加することにより、ヘムタンパク質集合体が階層的に集積化したバイオデバイスを作製した。タンパク質積層界面は、交流インピーダンス測定、水晶発振子マイクロバランス、原子間力顕微鏡により同定を行った。作製した一連の異種タンパク質階層化電極について、サイクリックボルタンメトリー及び微分パルスボルテンメトリーにより電気化学特性を明らかにした。犠牲試薬存在下でのキセノンランプ照射時の電流応答を評価し、Zn 置換のシトクロムを配向階層化した金電極は、カソード電流が検出されること、積層構造によって電流量が増大する現象を見出した。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Osaka University, 24108726
  • Construction of Artificial Biocatalysts containing Non-natural Dimetallic Active Site
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
    2011 - 2012
    ONODA Akira; TAHASHI Takashi
    Metalloenzymes catalyze variety of reactions including hydroxylation of methane and nitrogen fixation, which are difficult for synthetic catalysts, in mild conditions. Thus, the active site of these metalloenzyme has been attracted the chemists. In this project, the artificial biocatalysts containing non-natural dimetallic active sites were constructed.The first coordination shell of the active site was reengineered and the second coordination shell was redesigned. The structure and function of the resultant artificial biocatalysts were studied.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Osaka University, 23655050
  • ヘムタンパク質階層プログラミングによる機能性デバイスの創製
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    2010 - 2011
    小野田 晃
    本研究では、電子移動・触媒・センサー機能を有するヘムタンパク質をターゲットとして、プログラム化されたヘムタンパク質階層構造を電極基板上へ構築し生体分子デバイスの創製をめざした。ヘムタンパク質超分子からなる集合体を活用して、ヘムタンパク質が基板表面に階層化したメゾスコピック界面の機能を明らかにした。ヘムタンパク質のヘム－タンパク質マトリクス相互作用により、自律凝集的に階層化したタンパク質集合構造を組み上げることが可能である。昨年度に引き続き、本年度は、この系に対して、光電変換の特性を組み込むために、亜鉛プロトポルフィリン (ZnPP) を含むタンパク質階層構造の構築を行った。電子伝達タンパク質シトクロムb562 の表面に ZnPPを結合したタンパク質をユニットとして亜鉛置換型のタンパク質集合体を調製した。一方で、ZnPP を金電極の表面の単分子膜状にアミド結合を介して修飾後に、タンパク質集合体を電極上にタンパク質とZnPP の相互作用を利用して固定化した。また、固定化するリンカーの長さを変えて、種々の電極修飾を行った。このタンパク質メゾスコピック界面の構造を詳細に調べると同時に、光電変換特性の検討を行った。まず、QCM、交流インピーダンス測定により、ZnPP修飾基板上にタンパク質オリゴマーを積層できていることを確認した。このタンパク質階層化電極の光照射時のカソード及びアノード電流を調べたところ、積層化によって光電流量が増大しており、タンパク質階層プログラミングにより電極界面特性の機能向上可能であることを見出した。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Osaka University, 22108518
  • Construction of Artificial Biocatalysts containing a Nonnatural Dinuclear Active Site
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    2008 - 2010
    ONODA Akira
    Artificial metalloenzymes containing unnatural multinuclear core were constructed in this project. Dioxygen-binding diiron protein, DcrH-Hr, was studied to elucidate the characteristics and the approaches using a mutation of amino acid residues around the active site led to conversion of the oxygen-binding function. Successful incorporation of a diiron hexacarbonyl core into the protein matrix of cytochrome c provided us artificial hydrogenase capable of photocatalytic hydrogen evolution in an aqueous solution.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Osaka University, 20559002
  • Supramolecular alignment of the functionalities of coordination compounds and quantum dot clusters at will on DNA. Use of zinc finger motifs.
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    2006 - 2008
    YAMAMURA Takeshi; ONODA Akira; SAKAMOTO Ryouta
    金ナノパーティクルを2次元平面上に自在に配列することは、多くの研究者が挑戦している目標であるが、従来の配列法では小型のナノパーティクルを設計パターンどおりに配列させることが出来なかった。本研究はこの問題に対して、重金属捕捉蛋白質MTとDNA結合蛋白質ZFの人工融合蛋白質ZFMTを合成し、金クラスター(Au11)と化学量論的に結合させた後、DNAの高次構造体上に定位することにより、幾何模様を描かせることに成功した。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Tokyo University of Science, 18350034
  • カルシウムセンサー機能を有する人工DNA結合タンパク質の精密構築
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    2006 - 2007
    小野田 晃
    本研究では、生体内のCaシグナルと関連したタンパク質発現と細胞機能を解明するためのプローブ分子として、塩基配列認識部位を自在に設計でき、かつ、Caセンサー機能を有する人工転写因子の創製を目指して研究を行った。本年度は、Caセンサー型転写因子の基盤タンパク質の調整を行った。すでに申請者は、ジンクフィンガーZif268を参考に、2つのフィンガーユニットのC端にCa結合タンパク質であるトロポニンCのヘリックスーターンーヘリックスのターン部分以降のモチーフをカップリングした、フユージョンタンパク質FlF2-Tnが、Caイオン存在下では、DNAとの結合が低下することを明らかにした。分子モデリングの結果を踏まえ、Ca結合によってフレキシブルなループ部分の構造変化によってDNAとの立体障害を引き起こす機構のためと考え、このような構造変化による結合阻害が大きくなるような変異を導入したタンパク質の大腸菌での発現系の構築を行った。目的のタンパク質をコードするDNA断片を用意し、これをマルトース結合タンパク質とのフユージョンタンパク質として発現するようにプラスミドに導入した。形質転換後の大腸菌BL21の培養条件、誘導条件の最適化を行った。また、ライセートから可溶性画分を、アミロースレジン及びヘパリンセファロースによるアフィニティーカラムクロマトグラフィー、次いで、DEAEカラムによる陰イオンカラムクロマトグラフィーによる最終精製標品を得る精製段階を確立した。同様に、DNAの認識部位が異なる変異タンパク質についても大量発現及び精製を行った。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Tokyo University of Science, 18750154
  • 有機無機複合光成膜の合成・アミノ酸型ポルフィリンオリゴマーの利用
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
    2005 - 2006
    山村 剛士; 小野田 晃
    本計画は「緑色植物の光合成チタコイド膜を参考に、有機・無機複合型ナノ構造を構築すること」である。この課題に対して平成18年度は以下の成果を得た。
    1)14〜17年度にかけて我々はシアノバクテリアの光捕集蛋白質を参考に新しい原理に基づくアンテナクロロフィルの開発をおこない、また、長い蛍光寿命を有するポルフィリンアレイの構築と色素アレイのスペクトル制限分子力学シミュレーションプログラムの開発を行なってきたが、本年度はその集大成として色素配向の分布構造を明らかにし、PSIとの比較をおこなった。また、この成果は今後クロロフィル型の高効率光エネルギー輸送系の構築をおこなう基礎になると期待できる。
    2)ヒドロゲナーゼのモデル化に関する生物無機化学的研究を試み、[NiFe]活性中心に関して、システイン含有テトラペプチドを配位子とするニッケル塩の合成・構造解析(NMR、EXAFS)に成功し、[NiFe]ヒドロゲナーゼ中心構造構築のためのプラットフォームづくりをおこなった。この成果は今後Feを導入し、安定な光合成型光エネルギー変換水素発生系を構築するための基礎になるものと期待される。
    3)クロロフィル誘導体を用いて、シアノバクテリアPSIIの光電変換中心であるいわゆるスペシャルペアの忠実構造モデルの合成に成功した。このモデルは今後アクセサリークロロフィルのモデルやフェオフィチンモデルを結合させた系への発展の基礎になるものと考えている。
    4)上記アンテナクロロフィルモデルをシリコン型ベシクルの脂質2重膜中に高密度に閉じ込めることに成功した。この成果は、将来、初発電荷分離の反応中心、水素発生サイト、酸素発生サイトをシリコンナノベシクルの表面に組み込む基礎になるものと期待される。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas, Tokyo University of Science, 17029060
  • 人工DNA結合タンパク質を利用したDNA情報ナノ空間における機能性錯体の精密配置
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
    2005 - 2005
    小野田 晃
    本研究では、DNAにより構成される空間を、塩基配列情報を含んだ情報ナノ空間ととらえ、この情報に基づき金属錯体などの機能性物質群を分子レベルで精緻に配置することを目的をとして、金属錯体を結合した人工亜鉛フィンガーを合成及びジンクフィンガーによる金属錯体配列を行うテンプレートを拡張するために、2重鎖を束ねたDXモチーフの検討を行い、2次元、3次元上に定位する手法の確立を行った。DXには4または5本鎖からなる数種類があるが、本研究では5本鎖からなる逆平行型のDXを用いた。ZFとしてGGGGCGを認識する2ドメインのF1F2、および、トリスビピリジンRu(II)錯体を結合したRu-F1F2を用いた。X線構造解析により明らかにされたDNAのZF結合部位とZF本体の空間配置を考慮して、認識塩基配列のDX内での位置を設計した。ZFとDXとの結合及び相互作用についてはゲルシフトアッセイ(EMSA)を用いて調べた。EMSA実験でのDXは全て[γ-^<32>P] ATPで1つのssDNAを5'-末端標識後に、アニーリングしたものを用いた。認識部位を移動することで、ジンクフィンガー及びRu錯体の位置が位相をもって変化する。そこで、ZF結合部位の位相を変化させたDXテンプレートを用意し、ZFを導入したところ、すべての場合において結合することが分かった。ZF結合部位の位置を交叉部の右、左、あるいは両方に組み込んだ配列においても、ZFが結合可能であることが分かった。それぞれの位相についてZF部位を4ユニットに増加させたところ、ZF濃度を増加させるにつれて目的通りに複数のZFユニットを配置できることがわかった。本年度の研究成果により、DX分子をテンプレートに用いることによって、金属錯体間の距離を精密に制御して多数配列した系を構築できることを明らかにした。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas, Tokyo University of Science, 17036062
  • DNA結合蛋白質を利用したナノドット・分子素子の自由配列と量子細線の形成
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Exploratory Research
    2004 - 2005
    山村 剛士; 小野田 晃
    本年度の成果は以下のとおりである。
    1)光活性分子素子とジンクフィンガーの融合・DNAとの結合:まず、従来の配列を変えN端側にルテニウム(オスミウム)トリスバイピリジン錯体部を移した。
    Tbp^-F1F2:Tbp^-GTGEKPYG-CRICGRNFSRSDDLTRHIRTHTGEKPYGCRICGRNFSRSDHLTR-HIRTHTGEKPYYG
    この配列換えによりケミカルライゲーション法の適用が可能になり、自由にフィンガー側の配列を選べるようになる。改めてTbp^-ZFの合成法を検討し、まず、ライゲーションの原料になるTbp^-GTGEKPYGチオエステルの大量合成法確立に努めた。その結果、TAMPAL resinから固相法により伸長し、直接チオエステルを切り出す方法が有効であることを見出した。この方法でTbp^-GTGEKPYG-F1F2とTbp^-GTGEKPYG-F2F1(F1、F2は何れも単鎖のジンクフィンガー)の合成を試み、前者については単離・精製に成功し、更に、50bp DNA上に5個直列配列させることに成功した。後者についても、Tbp^-GTGEKPYG-F2の合成に成功している。
    2)ドットとの結合能を有する新規ジンクフィンガー融合蛋白質の合成:前年度における検討から、金のドットと1:1で反応し、安定にハンドリングすることが可能なペプチドとして、メタロチオネイン(MTIIのαドメイン)とジンクフィンガーの融合蛋白質の合成を企図した。
    F3F3-MT : TGEKPYGCRICGRNFSRSDNLTRHIRTHTGFKPYGCRICGRNFSRSDNLTRHIRTHTGEKP YG-MTII_α
    様々な検討の結果、固相合成後液相でのフラグメント縮合によりこの融合蛋白質の単離・生成に成功した。現在、金ドットの導入を検討中である。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Exploratory Research, Tokyo University of Science, 16651051
  • 金属錯体・DNA複合超分子.二次元情報グリッドの創製
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    2004 - 2005
    小野田 晃
    本研究では、DNAにより構成される2次元基盤及び、基盤の塩基配列情報を読み出す分子としての亜鉛フィンガータンパク質に金属錯体を結合したユニットにより、機能性物質群を分子レベルで精緻に配置することを目的をとして研究を行った。本研究の開始時点では、DNAの格子としてポルフィリン分子を使いグリッド化を検討したが、より効率的な手法としてDNAのみからなる2次元DNA基盤となるDXモチーフを使用した。また、機能部位の配列するユニットである2ユニットの亜鉛フィンガーと金属錯体を結合したユニットの合成を行った。ZFとしてGGGGCGを認識する2ドメインのF1F2、および、トリスビピリジンRu(II)及び、Os(II)錯体を結合したフィンガーの合成に成功した。基盤のDXには4または5本鎖からなる数種類があるが、本研究では5本鎖からなる逆平行型のDXを用いた。X線構造解析により明らかにされたDNAのZF結合部位とZF本体の空間配置を考慮して、認識塩基配列のDX内での位置を設計した。ZFとDXとの結合及び相互作用についてはゲルシフトアッセイ(EMSA)を用いて調べた。EMSA実験でのDXは全て[γ-^<32>P]ATPで1つのssDNAを5' -末端標識後に、アニーリングしたものを用いた。認識部位の位相、位置、数を変えた様々なテンプレートを用いてスクリーニングを行い、DX分子をテンプレートに用いることによって、金属錯体間の距離を精密に制御して多数配列した系を構築できることを明らかにした。また、ジンクフィンガーによる機能部位配列と組み合わすことができる新しいDNA基盤分子として、リンカーを介して金属ポルフィリンを結合した2重鎖DNAの合成にも成功した。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Tokyo University of Science, 16750148
  • 電極・界面上への光合成エネルギー変換モデル構築.ポルフィリンアミノ酸含有ペプチド
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
    2003 - 2004
    山村 剛士; 小野田 晃
    本研究は、シアノバクテリアの反応中心を参考にして、最終的に水の可視光分解を実現すること目指しており、その第一段階として、ポルフィリンを用いたシアノバクテリア型アンテナクロロフィルモデルの構築を目指した。シアノバクテリアのアンテナクロロフィルは、隣接クロロフィル同士が6〜26Å離れて様々に配向・集合している)。そのモデル化のため短いリンカー部を有するポルフィリンアミノ酸のオリゴマー(二、四、八量体)の合成を行った。
    オリゴマー中のポルフィリンの配向は、励起子バンドの形成と分光挙動に大きな影響を与えるため、スペクトルデータからオリゴマー中のポルフィリン配向をシミュレートすることが可能である。我々はこのための解析プログラムを開発した。また、オリゴマーの蛍光収率を2座配位子により制御し、蛍光を著しく増大させる条件を明らかにした。上記プログラムを用いた配向解析の結果、我々のオリゴマーはアンテナクロロフィルとよく似た形態を持ち、エチレンジアミンの添加にポルフィリン同士の会合はface-to-face型からhead-to-tail型に変化する。この構造変化に伴うエネルギーダイヤグラムの変化と、隣接ポルフィリン間におけるエネルギー移動の速度を計算した結果、B-band部を通してのエネルギー移動速度はアンテナクロロフィルに匹敵するが、Q-band部分は、それ程の効率にはならない。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas, Tokyo University of Science, 15033266
  • 光応答を用いたペプチド機構及びNH・・・O水素結合の変換による鉄錯体の反応性制御
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows
    2002 - 2004
    小野田 晃
    鉄含有金属酵素においては、鉄イオンの高い反応性は、基質と結合したとき等の特定の場合にのみ有効となり、通常は不活性化させた状態にある。このような生体での巧妙な機構を解明するために、本申請者は、現在までの研究成果からで明らかになった配位酸素原子へのNH…O水素結合の機能を光制御系の構築を進めている。これまでに、すでに、NH…O水素結合の機能として、金属-酸素結合を安定化すること、また、金属原子の状態を変化することを明らかにしている。そこで、特に、天然の鉄酵素にも多く見られるカルボキシラート配位への水素結合を光制御する配位子、3-(3-t-BuCONHC_6H_4CH=N)C_6H_4COOHを設計し合成を行った。申請者が明らかにした、NH…O水素結合がカルボキシレートアニオン状態のみで形成されることを踏まえて、光照射によるアゾメチン基のシス・トランスの変換挙動等の性質について検討している段階である。
    水素結合を形成した鉄錯体の合成についても検討を行っており、まず、アミド基の回転が制限されているカルボン酸配位子を用いて錯体の単離し、構造等の詳細な情報を調べている。現在、水素結合の強度により配位原子の塩基性を変えることにより鉄中心の配位構造を変化できることが明らかになってきた。カルボキシル基とアミド基をケンプ酸でつなげた新規配位子についても合成を行い、プロトン化に連動した構造変化も見いだすことができた。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for JSPS Fellows, Osaka University, 02J04351
  • 配位酸素原子へのNH・・・O水素結合による金属一酸素結合性及びペプチド構造制御
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows
    1999 - 2001
    小野田 晃
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for JSPS Fellows, Osaka University, 99J02306
  • Mononuclear and Polynuclear ca-phosphate complex with Bulky Amide Ligand
    Competitive research funding
  • Function of NH…O hydrogen bonds to coordinated oxygen atom cooperating with peptide comformation
    Competitive research funding
  • 非天然金属中心を有する人工生体触媒の創製
    Competitive research funding
■ Industrial Property Rights
  • 金属複合体
    Patent right, 林 高史; 小野田 晃; 松元 香樹; 郷田 隼; 小野 博信; 北野 友之, 国立大学法人大阪大学, 株式会社日本触媒
    特願2017-178163, 15 Sep. 2017
    特開2019-052117, 04 Apr. 2019
    特許第7016108号
    202203007315980111
  • タンパク質及び/又はペプチド修飾用分子
    Patent right, 林 高史; 小野田 晃; 井上 望, 国立大学法人大阪大学
    JP2019008142, 01 Mar. 2019
    特許第7013048号
    202203001682460673
  • 含窒素多環式化合物
    Patent right, 林 高史; 小野田 晃; 松元 香樹; 郷田 隼; 小野 博信; 北野 友之, 国立大学法人大阪大学, 株式会社日本触媒
    特願2017-178162, 15 Sep. 2017
    特開2019-052116, 04 Apr. 2019
    特許第6993640号
    202203010226620005
  • 金属複合体、含窒素多環式化合物、焼成体及びその製造方法、酸素還元触媒、酸素発生触媒、及び、水素発生触媒
    Patent right, 林 高史; 小野田 晃; 松元 香樹; 郷田 隼; 米原 宏司, 国立大学法人大阪大学, 株式会社日本触媒
    特願2020-037053, 04 Mar. 2020
    特開2021-138645, 16 Sep. 2021
    202103003998710685
  • 微小粒子の製造方法
    Patent right, 林高史; 小野田晃; 加藤俊介
    特願2020-126563, 27 Jul. 2020
  • MOLECULE FOR PROTEIN AND/OR PEPTIDE DESIGN
    Patent right, Takashi Hayashi; Akira Onoda; Nozomu Inoue, Osaka Univeristy
    PCT/JP2020/008357, 28 Feb. 2020
  • タンパク質及び/又はペプチド修飾用分子
    Patent right, 林 高史; 小野田 晃; 井上 望, 国立大学法人大阪大学
    JP2019008142, 01 Mar. 2019
    WO2019-168164, 06 Sep. 2019
    202103000619909381
  • 金属複合体
    Patent right, 林 高史; 小野田 晃; 松元 香樹; 郷田 隼; 小野 博信; 北野 友之, 国立大学法人大阪大学, 株式会社日本触媒
    特願2017-178163, 15 Sep. 2017
    特開2019-052117, 04 Apr. 2019
    201903005636651529
  • 含窒素多環式化合物
    Patent right, 林 高史; 小野田 晃; 松元 香樹; 郷田 隼; 小野 博信; 北野 友之, 国立大学法人大阪大学, 株式会社日本触媒
    特願2017-178162, 15 Sep. 2017
    特開2019-052116, 04 Apr. 2019
    201903006673695192
  • MOLECULE FOR PROTEIN AND/OR PEPTIDE DESIGN
    Patent right, Takashi Hayashi; Akira Onoda; Nozomu Inoue, Osaka Univeristy
    PCT/JP2019/008142, 01 Mar. 2019
  • MOLECULE FOR PROTEIN AND/OR PEPTIDE DESIGN
    Patent right, Takashi Hayashi; Akira Onoda; Nozomu Inoue, Osaka Univeristy
    特願2019-035340, 28 Feb. 2019
  • MOLECULE FOR PROTEIN AND/OR PEPTIDE DESIGN
    Patent right, 林高史; 小野田晃; 井上望, Osaka Univeristy
    特願2018-038030, 02 Mar. 2018
  • 複数の金属ナノ粒子とヘムタンパク質2量体由来のアポタンパク質との複合体
    Patent right, 林 高史; 小野田 晃; 植屋 佑一, 国立大学法人大阪大学
    特願2012-504272, 10 Sep. 2010
    特許第5649081号
    21 Nov. 2014
    201503053223829014
  • 金属ナノ複合粒子と当該粒子の集合体
    Patent right, 林 高史; 小野田 晃; 原田 裕史; 嶋崎 由治, 国立大学法人大阪大学, 株式会社日本触媒
    特願2012-196667, 06 Sep. 2012
    特開2014-051705, 20 Mar. 2014
    201403085517783464
  • 固体複合材料
    Patent right, 林 高史; 小野田 晃; 原田 裕史; 嶋崎 由治, 国立大学法人大阪大学, 株式会社日本触媒
    特願2012-196668, 06 Sep. 2012
    特開2014-050791, 20 Mar. 2014
    201403096042295178
  • タンパク質ポリマーが架橋された構造体
    Patent right, 林 高史; 大洞 光司; 小野田 晃, 国立大学法人大阪大学
    特願2011-530875, 09 Sep. 2010
    特許第5413786号
    22 Nov. 2013
    201403035061711728
  • 複数の金属ナノ粒子とヘムタンパク質2量体由来のアポタンパク質との複合体
    Patent right, 林 高史; 小野田 晃; 植屋 佑一, 国立大学法人大阪大学
    JP2010065625, 10 Sep. 2010
    WO2011-111253, 15 Sep. 2011
    201303020616678050
  • タンパク質ポリマーが架橋された構造体
    Patent right, 林 高史; 大洞 光司; 小野田 晃, 国立大学法人大阪大学
    JP2010065536, 09 Sep. 2010
    WO2011-030829, 17 Mar. 2011
    201303034585487937