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髙橋 俊太郎 (タカハシ シュンタロウ)

TAKAHASHI Shuntaro

職名

准教授

学位

博士(工学)(東京工業大学)

外部リンク

出身学校 【 表示 / 非表示

  • 東京工業大学   生命理工学部   生体分子工学科   卒業

    - 2002年3月

出身大学院 【 表示 / 非表示

  • 東京工業大学   生命理工学研究科   生体分子機能工学専攻   博士課程   修了

    - 2007年3月

留学歴 【 表示 / 非表示

  • 2005年1月
    -
    2005年4月

    メルボルン大学   客員研究員

学内職務経歴 【 表示 / 非表示

  • 甲南大学   先端生命工学研究所   准教授

    2020年4月 - 現在

  • 甲南大学   先端生命工学研究所   講師

    2012年6月 - 2020年3月

学外略歴 【 表示 / 非表示

  • 東京工業大学   大学院生命理工学研究科

    2012年4月 - 2012年5月

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    国名:日本国

  • 東京工業大学   大学院生命理工学研究科

    2007年10月 - 2012年3月

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    国名:日本国

  • 東京工業大学

    2007年4月 - 2007年9月

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    国名:日本国

所属学協会 【 表示 / 非表示

  • 高分子学会

    2015年4月 - 現在

  • 日本高圧力学会

    2012年9月 - 現在

  • 日本化学会生体機能関連部会

    2007年4月 - 現在

  • 日本化学会

    2003年1月 - 現在

  • 日本RNA学会

    2008年4月 - 現在

 

研究経歴 【 表示 / 非表示

  • 高圧力下での核酸関連化学

    科学研究費補助金  

    研究期間: 2012年6月  -  現在

  • 水晶発振子マイクロバランス法を用いた翻訳反応の解析

    科学研究費補助金  

    研究期間: 2007年4月  -  現在

論文 【 表示 / 非表示

  • Dielectricity of a molecularly crowded solution accelerates NTP misincorporation during RNA-dependent RNA polymerization by T7 RNA polymerase. 国際誌

    Shuntaro Takahashi, Saki Matsumoto, Pallavi Chilka, Saptarshi Ghosh, Hiromichi Okura, Naoki Sugimoto

    Scientific reports   12 ( 1 )   1149 - 1149   2022年1月

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    In biological systems, the synthesis of nucleic acids, such as DNA and RNA, is catalyzed by enzymes in various aqueous solutions. However, substrate specificity is derived from the chemical properties of the residues, which implies that perturbations of the solution environment may cause changes in the fidelity of the reaction. Here, we investigated non-promoter-based synthesis of RNA using T7 RNA polymerase (T7 RNAP) directed by an RNA template in the presence of polyethylene glycol (PEG) of various molecular weights, which can affect polymerization fidelity by altering the solution properties. We found that the mismatch extensions of RNA propagated downstream polymerization. Furthermore, PEG promoted the polymerization of non-complementary ribonucleoside triphosphates, mainly due to the decrease in the dielectric constant of the solution. These results indicate that the mismatch extension of RNA-dependent RNA polymerization by T7 RNAP is driven by the stacking interaction of bases of the primer end and the incorporated nucleotide triphosphates (NTP) rather than base pairing between them. Thus, proteinaceous RNA polymerase may display different substrate specificity with changes in dielectricity caused by molecular crowding conditions, which can result in increased genetic diversity without proteinaceous modification.

    DOI: 10.1038/s41598-022-05136-8

    PubMed

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  • Correction to 'Improved nearest-neighbor parameters for the stability of RNA/DNA hybrids under a physiological condition'. 国際誌

    Dipanwita Banerjee, Hisae Tateishi-Karimata, Tatsuya Ohyama, Saptarshi Ghosh, Tamaki Endoh, Shuntaro Takahashi, Naoki Sugimoto

    Nucleic acids research   49 ( 18 )   10796 - 10799   2021年10月

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  • Chemical Modulation of DNA Replication along G-Quadruplex Based on Topology-Dependent Ligand Binding. 査読あり 国際誌

    Shuntaro Takahashi, Anita Kotar, Hisae Tateishi-Karimata, Sudipta Bhowmik, Zi-Fu Wang, Ta-Chau Chang, Shinobu Sato, Shigeori Takenaka, Janez Plavec, Naoki Sugimoto

    Journal of the American Chemical Society   2021年9月

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    Ligands that bind to and stabilize guanine-quadruplex (G4) structures to regulate DNA replication have therapeutic potential for cancer and neurodegenerative diseases. Because there are several G4 topologies, ligands that bind to their specific types may have the ability to preferentially regulate the replication of only certain genes. Here, we demonstrated that binding ligands stalled the replication of template DNA at G4, depending on different topologies. For example, naphthalene diimide derivatives bound to the G-quartet of G4 with an additional interaction between the ligand and the loop region of a hybrid G4 type from human telomeres, which efficiently repressed the replication of the G4. Thus, these inhibitory effects were not only stability-dependent but also topology-selective based on the manner in which G4 structures interacted with G4 ligands. Our original method, referred to as a quantitative study of topology-dependent replication (QSTR), was developed to evaluate correlations between replication rate and G4 stability. QSTR enabled the systematic categorization of ligands based on topology-dependent binding. It also demonstrated accuracy in determining quantitatively how G4 ligands control the intermediate state of replication and the kinetics of G4 unwinding. Hence, the QSTR index would facilitate the design of new drugs capable of controlling the topology-dependent regulation of gene expression.

    DOI: 10.1021/jacs.1c05468

    PubMed

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  • Chemical Biology of Double Helical and Non-Double Helical Nucleic Acids: “To B or Not To B, That Is the Question”

    Naoki Sugimoto, Tamaki Endoh, Shuntaro Takahashi, Hisae Tateishi-Karimata

    Bulletin of the Chemical Society of Japan   94 ( 7 )   1970 - 1998   2021年7月

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    出版者・発行元:The Chemical Society of Japan  

    DOI: 10.1246/bcsj.20210131

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  • Watson-Crick versus Hoogsteen Base Pairs: Chemical Strategy to Encode and Express Genetic Information in Life.

    Shuntaro Takahashi, Naoki Sugimoto

    Accounts of chemical research   2021年2月

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    共著

    ConspectusNucleic acids typically form a double helix structure through Watson-Crick base-pairing. In contrast, non-Watson-Crick base pairs can form other three-dimensional structures. Although it is well-known that Watson-Crick base pairs may be more unstable than non-Watson-Crick base pairs under some conditions, the importance of non-Watson-Crick base pairs has not been widely examined. Hoogsteen base pairs, the non-Watson-Crick base pairs, contain important hydrogen-bond patterns that form the helices of nucleic acids, such as in Watson-Crick base pairs, and can form non-double helix structures such as triplexes and quadruplexes. In recent years, non-double helix structures have been discovered in cells and were reported to considerably influence gene expression. The complex behavior of these nucleic acids in cells is gradually being revealed, but the underlying mechanisms remain almost unknown.Quantitatively analyzing the structural stability of nucleic acids is important for understanding their behavior. A nucleic acid is an anionic biopolymer composed of a sugar, base, and phosphoric acid. The physicochemical factors that determine the stability of nucleic acid structures include those derived from the interactions of nucleic acid structures and those derived from the environments surrounding nucleic acids. The Gibbs free energy change (ΔG) of structure formation is the most commonly used physicochemical parameter for analyzing quantitative stability. Quantitatively understanding the intracellular behavior of nucleic acids involves describing the formation of nucleic acid structures and related reactions as ΔG. Based on this concept, we quantitatively analyzed the stability of double helix and non-double helix structures and found that decreased water activity, an important factor in crowded cellular conditions, significantly destabilize the formation of Watson-Crick base pairs but stabilizes Hoogsteen base pairs.Here, we describe a physicochemical approach to understand the regulation of gene expressions based on the stability of nucleic acid structures. We developed new methods for predicting the stability of double and non-double helices in various molecular environments by mimicking intracellular environments. Furthermore, the physicochemical approach used for analyzing gene expression regulated by non-double helix structures is useful for not only determining how gene expression is controlled by cellular environments but also for developing new technologies to chemically regulate gene expression by targeting non-double helix structures. We discuss the roles of Watson-Crick and Hoogsteen base pairs in cells based on our results and why both types of base pairing are required for life. Finally, a new concept in nucleic acid science beyond that of Watson and Crick base pairing is introduced.

    DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00734

    PubMed

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • Quantitative Analysis of Stall of Replicating DNA Polymerase by G-Quadruplex Formation

    Shuntaro Takahashi, Naoki Sugimoto( 担当: 共著)

    Springer  2019年8月 

  • 生体分子化学 基礎から応用まで

    杉本直己・編著( 担当: 共編者(共編著者))

    講談社  2017年1月  ( ISBN:978-4-06-156806-8

  • 生体分子化学 : 基礎から応用まで = biomolecular chemistry

    杉本, 直己, 内藤, 昌信, 橋詰, 峰雄, 高橋, 俊太郎, 田中, 直毅, 建石, 寿枝, 遠藤, 玉樹, 津本, 浩平, 長門石, 曉, 松原, 輝彦, 上田, 実, 朝山, 章一郎, 講談社サイエンティフィク

    講談社  2017年1月  ( ISBN:9784061568068

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  • 高圧下での核酸の挙動、CSJカレントレビュー17極限環境の生命化学

    高橋俊太郎,杉本直己( 担当: 共著)

    化学同人  2014年11月 

  • バイオセンシングのための水晶発振子マイクロバランス法ー原理から応用例まで

    岡畑恵雄,森俊明,古澤宏幸,高橋俊太郎( 担当: 共編者(共編著者))

    講談社サイエンティフィク  2013年3月 

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総説・解説記事(Misc) 【 表示 / 非表示

  • 核酸構造のトポロジーを基盤とする遺伝子発現の化学的制御 非二重らせんの構造と機能に関する新概念

    高橋俊太郎

    化学と工業   73 ( 8 )   2020年8月

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  • 高圧力が生物関連成分に及ぼす影響-1 高圧力がDNAに及ぼす影響 非標準構造と分子クラウディングの視点

    高橋俊太郎, 杉本直己, 杉本直己

    化学と生物   58 ( 8 )   2020年8月

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  • 平成の化学キーワード 核酸の多様性を生みだすもう一つの塩基対相互作用 フーグスティーン塩基対

    高橋俊太郎、杉本直己

    化学   74 ( 5 )   24 - 25   2019年5月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)   出版者・発行元:化学同人  

  • 分子夾雑系の生命化学(2)

    高橋俊太郎、杉本直己

    現代化学   575   34 - 38   2019年2月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)   出版者・発行元:東京化学同人  

  • 分子夾雑の生命化学 2 分子夾雑系の核酸化学―遺伝子発現のデジタル挙動とアナログ挙動―

    高橋俊太郎, 杉本直己

    現代化学   ( 575 )   34‐38   2019年2月

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講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • 局所的な細胞内環境における核酸構造の安定性を探る

    高橋俊太郎, Ghosh Saptarshi, 杉本直己

    第69回高分子討論会  (オンライン開催) 

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    開催年月日: 2020年9月

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  • Development of the prediction method for stability of RNA/DNA hybrids under a physiological condition

    BANERJEE Dipanwita, 建石寿枝, 大山達也, GHOSH Saptarshi, 遠藤玉樹, 高橋俊太郎, 杉本直己

    第14回バイオ関連化学シンポジウム  (オンライン開催) 

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    開催年月日: 2020年9月

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  • Empirical rule of i-motif stability regulated by different molecular crowding conditions

    PALLAVI Chilka, 高橋俊太郎, 杉本直己

    第14回バイオ関連化学シンポジウム  (オンライン開催) 

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    開催年月日: 2020年9月

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  • 異なるGカルテット数とループ長を有するRNAグアニン四重らせんの安定性への分子クラウディングの効果

    松本咲, 建石寿枝, 高橋俊太郎, 大山達也, 杉本直己

    第14回バイオ関連化学シンポジウム  (オンライン開催) 

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    開催年月日: 2020年9月

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  • フラボノイドによるi-motif DNAの配列選択的な構造変化

    高橋俊太郎, BHOWMIK Sudipta, 杉本直己

    第14回バイオ関連化学シンポジウム  (オンライン開催) 

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    開催年月日: 2020年9月

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学術関係受賞 【 表示 / 非表示

  • 第29回山下太郎学術研究奨励賞

    2018年6月   財団法人 山下太郎顕彰育英会  

    高橋俊太郎

  • 第5回バイオ関連シンポジウム講演賞

    2011年9月   日本化学会生体機能関連部会  

    高橋俊太郎

  • The 16th Annual Meeting of the RNA Society Nature Reviews Molecular Cell Biology Poster Prizes(2011)

    2011年6月   The RNA Society  

    高橋俊太郎

  • 2010年度 財団法人手島工業教育資金団 手島精一記念研究賞

    2011年2月   東京工業大学  

    高橋俊太郎,古澤宏幸,岡畑恵雄

  • 第89回日本化学会年会春期年会 (2009) 優秀講演賞

    2009年3月   日本化学会  

    高橋俊太郎

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科研費(文科省・学振)獲得実績 【 表示 / 非表示

  • ミトコンドリア内環境に依存したDNA複製阻害の定量的解析と化学的制御

    2021年4月 - 2024年3月

    学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(C)

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    本研究は、ミトコンドリア内の化学環境変化によってmtDNAの変異が生じる化学的メカニズムを定量的に解明することを目的とする。そのために、本研究ではミトコンドリア内の溶液環境を解析し、その物理化学的な物性を決定する。続いて、決定された溶液物性と同等の物性を有する擬似的なミトコンドリア環境を調整する。その中で四重鎖形成の熱力学的安定性や複製反応の動力学を解析することで、ミトコンドリア内環境での複製阻害効果を定量的に評価する。さらに、溶液の物性を変化させることで、四重鎖構造による複製阻害が生じる化学的環境を系統的に調べ、ミトコンドリア内の化学環境変化に伴うmtDNAの変異発生の関連性を明らかにする。

  • 核酸四重鎖のトポロジーで支配される細胞内機能の解明と制御

    2017年4月 - 2021年3月

    学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(C)

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    本研究の目的は、様々なトポロジーを有する核酸四重鎖の熱力学的安定性とDNA複製速度を多角的に定量解析する手法を開発し、核酸四重鎖のトポロジーが持つ生物学的意義を解明することである。開発した解析法を活用することで、四重鎖のトポロジーの違いをターゲットとするという新しいコンセプトに基づく薬剤分子の探索・開発を行い、細胞内機能の人為的制御を目指す。

  • 遺伝子複製速度を制御するDNA高次構造と化学環境の効果

    2014年4月 - 2017年3月

    学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(C)

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    本研究の目的は、水晶発振子を用いた DNA 複製反応のリアルタイム測定法を開発し、鋳型核酸 の安定性および周囲の分子化学環境によって複製速度が制御されるメカニズムを定量的に解明する ことである。得られた定量的なパラメータから時々刻々変化する細胞内化学環境下において、DNA 高次構造が複製反応にどのような影響を及ぼしているかについて理解することを目指す。

  • 翻訳反応中に起こる異常終結の検出とその解消機構の解明

    2012年4月 - 2014年3月

    学術振興機構 科学研究費助成事業 若手研究(B)

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    本研究では、一遺伝子の翻訳中に異常に終結したリボソームを検出し、新生ポリペプチド配列依存性を調査し、その解消機構の観察に応用していくことを目的とする。再構成型の無細胞系では予め終結因子(RF1、RF2)を系内から除く事が可能であるので、終止コドンまで進んだリボソームを一時的安定に維持できる。そこにRFを添加することで翻訳が完全に進んだリボソームはRFにより新生ペプチドが切り離され、結果として基板から解離する。一方、異常に終結したものはRF で反応せず基板に残るため、その重さから一遺伝子発現当たりの異常終結産物を定量化する(図3A、図4A)。そこでジヒドロ葉酸還元酵素のような高発現タンパク質を基準にし、様々な大腸菌由来のタンパク質を無作為に選択し、翻訳成功率を網羅的に算出する。合成途中のポリペプチド鎖とリボソームの相互作用に着目し、合成されたポリペプチド鎖の二次構造や親疎水性といったパラメータと解析した翻訳成功率と相関付け、翻訳異常終結に陥りやすい傾向を調査する。さらに構成成分の調節が自在である再構成型無細胞系の利点を生かし、人為的な翻訳調節(tRNAやシャペロン添加による翻訳速度調節、成功率の変化や、YaeJによる異常終結の解消)の効果について調べる。

  • 翻訳中に変化するタンパク質粘弾性のリアルタイム測定

    2010年4月 - 2012年3月

    学術振興機構 科学研究費助成事業 若手研究(B)

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    本研究では、翻訳途中のタンパク質の物性変化をリアルタイムに観察することを目的としている。生体内で翻訳速度を決定する要因の一つは遺伝暗号であるコドンの偏りである。生体内であまり使われていないレアコドンがあると、対応するアミノ酸を供給するtRNAが少ないため、翻訳が遅くなる。クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ3(CAT3)は分子内にレアコドンを複数含む領域を持ち、この領域が翻訳を遅くすることで、CAT3のフォールディングを助けているという報告がある4)。本研究ではCAT3をQCMセル内で合成し、その過程における新生ペプチドの粘弾性評価をリアルタイムに追跡する手法の開発を行う。CAT3の合成が進むと質量が増加するためにセンサーの振動数が減少し、またフォールディングが進むと、三次構造を取り“固く”なるためエネルギー散逸が小さくなると期待できる。レアコドンの数やtRNAの濃度を増減させたり、あるいは翻訳を途中で停止させたりすることで翻訳速度を人為的に変え、その際の合成中のCAT3の物性変化を比較し、翻訳速度とフォールディングの相関性を調べる。

研究費にかかる研究(調査)活動報告書 【 表示 / 非表示

  • 2021年度  高圧力による核酸の構造解析

    研究費の種類: 科研費等

  • 2020年度  高圧力による核酸の構造解析

    研究費の種類: 科研費等

 

所属学協会等の委員歴 【 表示 / 非表示

  • 2019年 - 現在   日本高圧力学会  高圧力学会誌編集委員

  • 2010年4月 - 2012年3月   日本化学会  生体機能関連化学部会若手の会代表幹事

社会貢献活動 【 表示 / 非表示

  • ひらめき☆ときめきサイエンス 「遺伝子暗号を解く」〜光で操る 遺伝子からタンパク質ができるまで〜

    2013年7月

  • ひょうご神戸サイエンスクラスター研究交流会企画委員

    2012年9月 - 現在

  • ひらめき☆ときめきサイエンス 人工DNAによる次世代バイオセンサー –遺伝子の情報を探れ!−

    2012年7月

 

提供可能な資源 【 表示 / 非表示

  • 高圧力分光装置

    高圧力発生装置を紫外分光光度計や蛍光分光光度計と接続し、分光特性の圧力依存性を評価する。

  • 水晶発振子マイクロバランス

    水晶発振子マイクロバランス法を用いた分子間相互作用観察