中野 修一 (ナカノ シュウイチ)
NAKANO Shuuichi
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職名 |
教授 |
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学位 |
博士(理学)(甲南大学) |
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専門分野 |
熱力学的安定性、反応速度、分子間相互作用, DNA, RNA, タンパク質、ペプチド, 核酸構造、核酸相互作用、分子クラウディング |
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ホームページ |
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外部リンク |
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学内職務経歴 【 表示 ／ 非表示 】
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甲南大学 フロンティアサイエンス学部 生命化学科 教授
2013年4月 - 現在
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甲南大学 フロンティアサイエンス学部 生命化学科 准教授
2009年4月 - 2013年3月
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甲南大学 先端生命工学研究所 講師
2004年4月 - 2009年3月
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甲南大学 ハイテク・リサーチ・センター 博士研究員
2001年4月 - 2004年3月
所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】
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生命機能研究会
2009年10月 - 現在
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生体機能関連化学部会
2005年4月 - 現在
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日本核酸化学会
2016年9月 - 現在
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日本化学会
1994年10月 - 現在
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日本分子生物学会
2010年12月 - 現在
研究経歴 【 表示 ／ 非表示 】
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核酸とカチオン性分子の相互作用研究
科学研究費補助金
研究期間： 2018年4月 - 現在
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核酸の非標準構造の形成機構の解明
（選択しない）
研究期間： 2015年4月 - 現在
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リガンド結合性タンパク質の機能研究
（選択しない）
研究期間： 2010年4月 - 2022年3月
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RNA酵素の機能研究
（選択しない）
研究期間： 2006年4月 - 現在
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分子クラウディング環境におけるDNA, RNAの相互作用研究
（選択しない）
研究期間： 2004年4月 - 現在
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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Inhibition of RNA phosphodiester backbone cleavage in the presence of organic cations of different sizes 招待あり 査読あり 国際誌
S. Yoshioka, A. Doi, and S. Nakano
ChemBioChem 25 ( 13 ) e202400276 2024年5月
共著
担当区分：最終著者, 責任著者 出版者・発行元：Wiley
Living cells contain various types of organic cations that may interact with nucleic acids. In order to understand the nucleic acid–binding properties of organic cations of different sizes, we investigated the ability of simple organic cations to inhibit the RNA phosphodiester bond cleavage promoted by Mg2+, Pb2+, and RNA-cleaving serum proteins. Kinetic analysis using chimeric DNA–RNA oligonucleotides showed that the cleavage at ribonucleotide sites was inhibited in the presence of monovalent cations comprising alkyl chains or benzene rings. The comparison of the cleavage rates in the presence of quaternary ammonium and phosphonium ions indicated that the steric hindrance effect of organic cations on their binding to the RNA backbone is significant when the cation size is larger than the phosphate–phosphate distance of a single-stranded nucleic acid. The cleavage inhibition was also observed for ribonucleotides located in long loops but not in short loops of oligonucleotide structures, indicating less efficient binding of bulky cations to structurally constrained regions. These results reveal the unique nucleic acid–binding properties of bulky cations distinct from those of metal ions.
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Basic protein- and peptide-induced stabilization of long-loop DNA G-quadruplexes 査読あり 国際誌
K. Tanabe, K. Miyazaki, H. Umeno, M. Takemoto, and S. Nakano
Biochimie 219 110 - 117 2024年4月
共著
担当区分：最終著者, 責任著者 出版者・発行元：Elsevier
The human genome contains many G-quadruplex-forming sequences, including sequences containing long single-stranded loops that are believed to be unfavorable for G-quadruplex formation. The intracellular environment of biological cells is crowded with proteins with charged surfaces. Understanding the effects of protein-rich environments is important for understanding the formation of G-quadruplexes in an intracellular environment. In this study, we investigated the structural stability of DNA G-quadruplexes in the presence of several types of globular proteins (lysozyme, cytochrome c, bovine serum albumin, myoglobin, histone proteins, and serum proteins), unstructured polypeptides (protamine and poly-l-lysine), and oligopeptides (RGG/RG-domain peptides and short repeated peptides). Thermal melting studies of G-quadruplex-forming oligonucleotides derived from the human telomeric repeat sequence revealed that environments containing high concentrations of proteins and peptides differently affected the G-quadruplex stability according to their loop lengths. We found that weak electrostatic interactions of G-quadruplex loops with basic proteins and peptides improved the stability of long-loop G-quadruplexes and the interactions were strengthened under crowded conditions simulated by dextran. The comparison of the effects of different types of proteins and peptides indicated that excluded volume interactions and structural flexibility of both DNA and polypeptide chains influenced the efficiency of their interactions. This study provides insights into long-loop G-quadruplex stability in a crowded intracellular environment and the recognition of G-quadruplexes by arginine-rich domains of G-quadruplex-binding proteins.
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Evaluation of thermal stability of DNA oligonucleotide structures embedded in hydrogels 招待あり 査読あり 国際誌
D. Yamaguchi, M. Yoshida, S. Nakano
DNA 2 ( 4 ) 302 - 313 2022年12月
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Evaluation of weak interactions of proteins and organic cations with DNA duplex structures 査読あり 国際誌
R. Morimoto, M. Horita, D. Yamaguchi, H. Nakai, and S. Nakano
Biophys. J. 121 ( 15 ) 2873 - 2881 2022年8月
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Enhancement of the Catalytic Activity of Hammerhead Ribozymes by Organic Cations. 査読あり 国際誌
Shu-Ichi Nakano, Hirofumi Yamashita, Naoki Sugimoto
ChemBioChem 22 ( 17 ) 2721 - 2728 2021年7月
書籍等出版物 【 表示 ／ 非表示 】
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バイオチップ実用化ハンドブック
杉本直己・中野修一（ 担当： 共著 , 範囲: 第一節 DNAチップの基礎 １ ハイブリダイゼーション）
エヌティーエス 2010年4月 （ ISBN:978-4-86043-270-6 ）
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Bottom-up Nanofabrication: Supramolecules, Self-Assemblies, and Organized Films
S. Nakano and N. Sugimoto（ 担当： 共著 , 範囲: Energy of nucleic acid self-assemblies: From sequence to function through structure）
American Scientific Publishers 2009年1月 （ ISBN:1-58883-079-9 ）
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11. デザイナブル核酸修飾核酸（共著）
中野 修一
先端生物医学研究・医療のため遺伝子導入テクノロジー「ウイルスを用いない遺伝子導入法の材料、技術、方法論の新たな展開」遺伝子医学MOOK5（メディカルドゥ） 2006年
総説・解説記事（Misc） 【 表示 ／ 非表示 】
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核酸医薬の効果に影響する細胞内物質のin vitro評価 招待あり
中野修一
Precision Medicine 5 ( 14 ) 64 - 67 2022年11月
担当区分：筆頭著者, 最終著者, 責任著者 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア） 出版者・発行元：北隆館
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核酸医薬の配列設計のためのin vitro評価：細胞内物質との弱い相互作用の影響 招待あり
中野修一
Bio Clinica 12 ( 36 ) 1426 - 1428 2021年12月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）
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細胞の内部環境は核酸医薬に用いられるオリゴヌクレオチドにどのような影響を与えるか 招待あり
中野修一
月刊細胞 52 ( 5 ) 42 - 44 2020年5月
掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア） 出版者・発行元：ニューサイエンス社
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分子夾雑環境が制御する核酸分子の機能
中野修一、杉本直己
化学と工業 72 ( 5 ) 401 - 403 2019年5月
担当区分：筆頭著者 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（国際会議プロシーディングズ） 出版者・発行元：日本化学会
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化学ツールとしての分子クラウディング
中野修一・杉本直己
化学フロンティア22 生命現象を理解する分子ツール最前線〜イメージングから生体機能解析まで〜 145 - 153 2010年9月
担当区分：筆頭著者 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア） 出版者・発行元：化学同人
講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】
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有機カチオンによるDNA構造遷移の促進
梅野光莉、西山和樹、犬塚晴彦、中野修一
第46回日本分子生物学会年会 (神戸ポートアイランド) 2023年12月 日本分子生物学会
開催年月日： 2023年12月
国名：日本国
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DNAの構造遷移を促進する物質の探索
梅野光莉、橋本留奈、中野修一
第45回分子生物学会年会 (幕張メッセ、千葉) 2022年11月 分子生物学会
開催年月日： 2022年11月 - 2022年12月
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What effects does intracellular environment have on nucleic acid structures? 招待あり
Shu-ichi Nakano
Pacifichem 2021 (Hawaii (on-line congress)) 2021年12月 Pacifichem 2020 Administration
開催年月日： 2021年12月
国名：アメリカ合衆国
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細胞内分子環境は不安定なDNA四重鎖の形成に有利に働く
梅野光莉、宮嵜光一、林花莉、中野修一
第44回分子生物学会年会 2021年12月 日本分子生物学会
開催年月日： 2021年12月
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塩基性タンパク質を含む分子クラウディング環境におけるDNA四重鎖構造の安定化
宮嵜光一、田辺一也、林花梨、武本満理奈、橋本留奈、梅野光莉、中野修一
第43回分子生物学会年会 2020年12月 日本分子生物学会
開催年月日： 2020年12月
その他研究活動・業績等 【 表示 ／ 非表示 】
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擬塩基対ヌクレオシドを用いてプリンとピリミジン塩基によるスタッキングの違いを解明する
2006年11月
第8回生命化学会シンポジウム、16（2006）
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The effect of the structure of cosolutes on the DNA duplex formation
2006年11月
第33回核酸化学シンポジウム(2006).
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DNAポリメラーゼによる擬塩基対ヌクレオシドの認識
2006年11月
第33回核酸化学シンポジウム(2006).
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ハンマーヘッドリボザイムの切断活性に及ぼす共存溶質の役割
2006年11月
第33回核酸化学シンポジウム(2006).
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金基材に固定化したDNA二重鎖の安定性制御とセンシング特性
2006年11月
バイオ関連化学合同シンポジウム（第21回生体機能関連化学シンポジウム、第9回バイオテクノロジー部会、第9回生命化学研究会）（2006）
科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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細胞内のクラウディング環境で核酸の非標準構造形成を可能にする物理化学的要因の解明
2023年4月 - 2026年3月
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
担当区分：研究代表者
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核酸の非構造部位の機能的役割と分子クラウディング効果の解明
2018年4月 - 2023年3月
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
DNAとRNAの高次構造には二重鎖のような特定の構造を形成しない、様々なタイプの非構造部位が存在する。非構造部位は生物学的・生物工学的にとても重要であり、タンパク質における非構造部位の重要性を考慮すると、核酸の非構造部位がもつ機能的な役割に注目することには大きな意義がある。非構造部位は大きな溶媒露出面積と柔軟性のため、構造形成部位よりも分子クラウディング (molecular crowding) の影響を受けやすいと考えられる。しかし、その影響は解明されておらず、このことがDNAとRNAの四重鎖構造や高次構造に対する分子クラウディング効果の理解を困難にしてきた。本研究は新たな実験・解析手法を用いて、DNAとRNAの一本鎖状態とループ部位に対する分子クラウディング効果を解明するとともに、誘導適合 (induced fit) 機構で結合するカチオン性物質と生体化合物に与える影響を評価する。この研究によって、核酸の非構造部位の新しい役割を明らかにし、核酸研究に“intrinsically disordered nucleic acid (IDNA)”という新しい分野を開拓する。
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イオン液体化合物を利用する核酸テクノロジーの創製
2015年10月 - 2019年3月
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
ある種のイオン液体は核酸に選択的に結合するという、従来の水溶媒や有機溶媒では見られない希有な性質をもつ。この性質をうまく利用できれば機能性核酸の開発が進み、その用途が大きく広がることが期待される。本研究は、イオン液体の結合特性を積極的に利用する新規核酸テクノロジーを創製することを目的としている。具体的には、核酸構造安定性の制御に効果的なイオン液体化合物を探索し、DNA 鎖の組換え反応の促進とRNA 酵素（リボザイム）の触媒活性の向上を試みる。この取り組みにより、イオン液体を用いる核酸テクノロジーの有用性を明らかにし、基礎科学から産業応用まで幅広い分野で使うことができる簡便な手法を開発する
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細胞で行われる核酸反応を解明するための新規モデル実験システムの構築と利用
2012年4月 - 2015年3月
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
細胞内部の分子を取り巻く環境は、通常のインビトロ実験で用いられる水溶液中とは大きく異なっている。本研究は、化学的立場からの研究アプローチとして、細胞内部の特殊な分子環境が核酸の構造と機能に与える影響を解明するための新規評価システムを構築する。具体的には、大量のタンパク質が共存する環境と、細胞骨格フィラメントがつくり出す繊維状構造体の影響を定量的に評価するためのモデル実験系を構築する。そして、核酸構造の形成に不可欠なカチオンとの結合が、分子環境によってどのような影響を受けるのかを明らかにする。新規評価システムを構築することで、インビトロ実験と細胞実験の橋渡しになるデータと新しい実験系を提供し、従来の分子クラウディング研究を大きく飛躍させることを目指す。
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細胞内分子環境で機能する新規核酸マテリアル創製
2010年4月 - 現在
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(A)
分担研究
細胞内部で使用できる機能性核酸や、様々な環境ではたらく核酸バイオセンサーを開発するには、分子環境の違いが及ぼす核酸機能への影響を分子レベルで解明し、分子環境効果を化学的に解明しておく必要がある。本研究は、核酸の相互作用に対する分子クラウディング効果をナノバイオテクノロジー開発に利用するために、機能性DNAおよびRNAに対する分子クラウディングの化学的側面を明らかにする。分子クラウディング実験系を用いて、分子環境の違いがもたらす核酸構造と相互作用エネルギーへの影響を定量的に解明することで、均一希薄水溶液を使って得られるin vitroデータと、細胞内反応やバイオセンサー表面で行われる相互作用や化学反応の橋渡しとなる実験データを得る。さらに、この定量的な実験データに基づいて、分子クラウディングのような特殊な分子環境を利用した機能性核酸の開発とその機能解析を行い、新規ナノバイオテクノロジーの開発を試みる。
科研費以外の競争的資金獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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脂肪酸結合タンパク質FABPのリガンド選択性の解明
2015年4月 - 2016年3月
自治体 ひょうご科学技術協会学術研究助成金
共同・受託研究活動実績（公開） 【 表示 ／ 非表示 】
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脂肪酸結合タンパク質を使った分子クラウディング研究
学内共同研究
2010年4月 - 2019年12月
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効率的なPCR診断のためのプライマーDNAの設計
国内共同研究
2007年4月 - 2009年3月
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人工核酸を使った核酸構造の解明
学内共同研究
2006年4月 - 2008年3月
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ペプチドを使った神経幹細胞の機能制御
学内共同研究
2005年4月 - 2010年3月
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人工核酸の物性評価とその利用
国内共同研究
2004年4月 - 2016年12月
研究シーズへのリンク 【 表示 ／ 非表示 】
共同研究希望テーマ 【 表示 ／ 非表示 】
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生体分子の相互作用解析 産学連携、民間を含む他機関等との共同研究等を希望する。（受託研究）
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生命分子(核酸・タンパク質等)の物性解析 産学連携、民間を含む他機関等との共同研究等を希望する。（技術相談）
研究費にかかる研究（調査）活動報告書 【 表示 ／ 非表示 】
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2023年度 細胞環境がDNAとRNAに与える影響に対する物理化学的評価とその生物学的意義の解明
研究費の種類： 教員研究費
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2022年度 細胞環境がDNAとRNAに与える影響に対する物理化学的評価とその生物学的意義の解明
研究費の種類： 教員研究費
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2021年度 細胞環境がDNAとRNAに与える影響に対する物理化学的評価とその生物学的意義の解明
研究費の種類： 教員研究費
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2020年度 物細胞環境がDNAとRNAに与える影響に対する物理化学的評価とその生物学的意義の解明
研究費の種類： 教員研究費
その他教育活動及び特記事項 【 表示 ／ 非表示 】
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2011年4月-現在
インターンシップ
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2010年10月-現在
出張講義と実験指導
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2009年4月-現在
ベーシックキャリアデザイン
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2009年4月-現在
卒業研究
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2009年4月-現在
上級ナノバイオサイエンス
ティーチングポートフォリオ 【 表示 ／ 非表示 】
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2023年度
教育の責任（何をやっているか：主たる担当科目）：
ナノバイオラボベーシックＡ（1年前期必修科目2単位）、ナノバイオラボ2A（3年前期必修科目2単位）、ナノバイオラボ2B（3年後期必修科目2単位）、ナノバイオ卒業研究（4年通年必修科目15単位）、生命物理化学（2年Ａ期選択必修科目2単位）、バイオ計測工学（2年Ｂ期選択必修科目2単位）、数学及び演習（1年前期必修科目3単位）、ベーシックキャリアデザイン（1年前期キャリア科目2単位）、理系キャリアデザイン（2年集中キャリア科目2単位）、インターンシップ（2年集中キャリア科目2単位）など
教育の理念（なぜやっているか：教育目標）：
学生が自ら考え、自主的に行動する力を身につけさせることで、自ら問題に取り組むことができる人材の育成を目標にしている。とくに、物事を論理的・数理的に判断するために必要な科学的な知識と思考法を学び、社会で役立つ経験を積むことができる場を提供することを重視している。
教育の方法（どのようにやっているか：教育の工夫）：
専門科目では、各単元の終了後に小テストを実施し、それまでの内容を一旦振り返って俯瞰する機会を設けている。また、その際に学生からの質問を書面で受け付け、新しい単元に移る前に疑問を解消させる仕組みを導入している。試験前には、学生が講義内容を復習できるように動画コンテンツを公開している。実験科目では自分で考えて行動（計画、実施、考察、改善）することを重視している。Excelを用いたグラフの作成を教え、PCスキルの向上を図る取り組みも行なっている。また、卒業論文のテーマには数理的なデータ解析を要する課題を与え、論理的思考力・数理的思考力を時間をかけて身につけさせている。キャリア科目では、最新の社会情勢を提供するとともに、様々なワークを取り入れることで、自分自身と社会の現状を見つめ直すための時間を多くとっている。
教育方法の評価・学習の成果（どうだったか：結果と評価）：
卒業研究の指導を介して、卒業時には、課題に取り組む姿勢の改善、プレゼンテーション能力の向上、数理的思考の定着、科学分野への関心の高まりなどが確認できる（エビデンス１）。専門科目の講義で取り入れている小テストでは、小テストが高得点であった学生は定期試験も高得点である傾向があり（エビデンス２）、この取り組みは効果を上げていると考えている。また、各単元の終了後に受け付けている学生からの質問は、日頃から質問をしない学生向けに書面での提出としているものの、質問の数は少ない。本当に質問がないのか、仕組みの問題なのかが判断が難しく、課題が残されている。
改善点・今後の目標（これからどうするか）：
時間的な制約が問題となるが、学生どうしが話し合ったり、発表する機会を増やしたいと考えている。
根拠資料（資料の種類などの名称）：
１ グループミーティングのために作成した資料（非公開）
２ 単元ごとの小テストと成績（非公開）
社会貢献活動 【 表示 ／ 非表示 】
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模擬講義
2009年4月 - 現在
依頼があった高校に出向いて、模擬講義を行っている。
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一般公開
2004年4月 - 現在
神戸医療産業都市の一般公開における実験講座の開催。
提供可能な資源 【 表示 ／ 非表示 】
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DNAとRNAの設計と合成
DNAとRNAの設計と合成
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生体分子の物理化学的性質の解析（構造、熱力学的安定性、相互作用解析、反応速度、溶媒効果など）、ならびに分子物性の測定
生体分子の物理化学的性質の解析（構造、熱力学的安定性、相互作用解析、反応速度、溶媒効果など）、ならびに分子物性の測定
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ハイブリダイゼーションプローブ、アンチセンス核酸、リボザイム設計などに有用なDNAとRNAの配列設計
ハイブリダイゼーションプローブ、アンチセンス核酸、リボザイム設計などに有用なDNAとRNAの配列設計