髙橋 俊太郎 (タカハシ シュンタロウ)
TAKAHASHI Shuntaro
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職名 |
准教授 |
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学位 |
博士（工学）(東京工業大学) |
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専門分野 |
生体化学 |
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外部リンク |
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学外略歴 【 表示 ／ 非表示 】
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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
国名：日本国
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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
国名：日本国
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東京工業大学
2007年4月 - 2007年9月
国名：日本国
所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】
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高分子学会
2015年4月 - 現在
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日本高圧力学会
2012年9月 - 現在
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日本化学会生体機能関連部会
2007年4月 - 現在
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日本化学会
2003年1月 - 現在
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日本RNA学会
2008年4月 - 現在
研究経歴 【 表示 ／ 非表示 】
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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
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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 】
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Development of a pseudocellular system to quantify specific interactions determining the g-quadruplex function in cells 査読あり
Hisae Tateishi-Karimata, Keiko Kawauchi, Shuntaro Takahashi, Naoki Sugimoto
Journal of the american chemical society 2024年3月
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In-Cell Stability Prediction of RNA/DNA Hybrid Duplexes for Designing Oligonucleotides Aimed at Therapeutics. 査読あり 国際共著 国際誌
Dipanwita Banerjee, Hisae Tateishi-Karimata, Maria Toplishek, Tatsuya Ohyama, Saptarshi Ghosh, Shuntaro Takahashi, Marko Trajkovski, Janez Plavec, Naoki Sugimoto
Journal of the American Chemical Society 145 ( 43 ) 23503 - 23518 2023年11月
In cells, the formation of RNA/DNA hybrid duplexes regulates gene expression and modification. The environment inside cellular organelles is heterogeneously crowded with high concentrations of biomolecules that affect the structure and stability of RNA/DNA hybrid duplexes. However, the detailed environmental effects remain unclear. Therefore, the mechanistic details of the effect of such molecular crowding were investigated at the molecular level by using thermodynamic and nuclear magnetic resonance analyses, revealing structure-dependent destabilization of the duplexes under crowded conditions. The transition from B- to A-like hybrid duplexes due to a change in conformation of the DNA strand guided by purine-pyrimidine asymmetry significantly increased the hydration number, which resulted in greater destabilization by the addition of cosolutes. By quantifying the individual contributions of environmental factors and the bulk structure of the duplex, we developed a set of parameters that predict the stability of hybrid duplexes with conformational dissimilarities under diverse crowding conditions. A comparison of the effects of environmental conditions in living cells and in vitro crowded solutions on hybrid duplex formation using the Förster resonance energy transfer technique established the applicability of our parameters to living cells. Moreover, our derived parameters can be used to estimate the efficiency of transcriptional inhibition, genome editing, and silencing techniques in cells. This supports the usefulness of our parameters for the visualization of cellular mechanisms of gene expression and the development of nucleic acid-based therapeutics targeting different cells.
DOI： 10.1021/jacs.3c06706
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Theranostic approach to specifically targeting the interloop region of BCL2 i-motif DNA by crystal violet. 査読あり 国際共著 国際誌
Sinjan Das, Shuntaro Takahashi, Tatsuya Ohyama, Sudipta Bhowmik, Naoki Sugimoto
Scientific reports 13 ( 1 ) 14338 - 14338 2023年9月
Ligands that recognise specific i-motif DNAs are helpful in cancer diagnostics and therapeutics, as i-motif formation can cause cancer. Although the loop regions of i-motifs are promising targets for ligands, the interaction between a ligand and the loop regions based on sequence information remains unexplored. Herein, we investigated the loop regions of various i-motif DNAs to determine whether these regions specifically interact with fluorescent ligands. Crystal violet (CV), a triphenylmethane dye, exhibited strong fluorescence with the i-motif derived from the promoter region of the human BCL2 gene in a sequence- and structure-specific manner. Our systematic sequence analysis indicated that CV was bound to the site formed by the first and third loops through inter-loop interactions between the guanine bases present in these loops. As the structural stability of the BCL2 i-motif was unaffected by CV, the local stabilisation of the loops by CV could inhibit the interaction of transcription factors with these loops, repressing the BCL2 expression of MCF-7 cells. Our finding suggests that the loops of the i-motif can act as a novel platform for the specific binding of small molecules; thus, they could be utilised for the theranostics of diseases associated with i-motif DNAs.
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Saptarshi Ghosh, Shuntaro Takahashi, Dipanwita Banerjee, Tatsuya Ohyama, Tamaki Endoh, Hisae Tateishi-Karimata, Naoki Sugimoto
Nucleic acids research 51 ( 9 ) 4101 - 4111 2023年5月
RNA performs various spatiotemporal functions in living cells. As the solution environments significantly affect the stability of RNA duplexes, a stability prediction of the RNA duplexes in diverse crowded conditions is required to understand and modulate gene expression in heterogeneously crowded intracellular conditions. Herein, we determined the nearest-neighbor (NN) parameters for RNA duplex formation when subjected to crowding conditions with an ionic concentration relevant to that found in cells. Determination of the individual contributions of excluded volume effect and water activity to each of the NN parameters in crowded environments enabled prediction of the thermodynamic parameters and their melting temperatures for plenty of tested RNA duplex formation in vitro and in cell with significant accuracy. The parameters reported herein will help predicting RNA duplex stability in different crowded environments, which will lead to an improved understanding of the stability-function relationship for RNAs in various cellular organelles with different molecular environments.
DOI： 10.1093/nar/gkad020
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Endogenous G-quadruplex-forming RNAs inhibit the activity of SARS-CoV-2 RNA polymerase. 査読あり 国際誌
Tamaki Endoh, Shuntaro Takahashi, Naoki Sugimoto
Chemical communications (Cambridge, England) 59 ( 7 ) 872 - 875 2023年1月
Replication of RNA viruses is catalysed by virus-specific polymerases, which can be targets of therapeutic strategies. In this study, we used a selection strategy to identify endogenous RNAs from a transcriptome library derived from lung cells that interact with the RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) of SARS-CoV-2. Some of the selected RNAs weakened the activity of RdRp by forming G-quadruplexes. These results suggest that certain endogenous RNAs, which potentially form G-quadruplexes, can reduce the replication of viral RNAs.
DOI： 10.1039/d2cc05858h
書籍等出版物 【 表示 ／ 非表示 】
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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
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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 ）
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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
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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
総説・解説記事（Misc） 【 表示 ／ 非表示 】
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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
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
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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
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
講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】
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核酸化学のNew Data Science (2): 最近接塩基対パラメータとAIを用いたリボザイムの機能予測
高橋俊太郎、S. Ghoshi、建石寿枝, 福永津嵩、浜田道昭、杉本直己
日本化学会第104回春季年会
開催年月日： 2024年3月
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New Data Science in Nucleic Acids Chemistry (5): Effect of local environments on the stability of nucleic acids in mitochondria
S. Ghosh, L. Liu, S. Takahashi, T. Endoh, N. Yoshinaga, K. Numata, N. Sugimoto
日本化学会第104回春季年会
開催年月日： 2024年3月
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New Data Science in Nucleic Acids Chemistry (7): Quantitative study of formation of DNA tetraplexes during cell cycle
S. Das, S. Takahashi, N. Sugimoto
日本化学会第104回春季年会
開催年月日： 2024年3月
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New Data Science in Nucleic Acids Chemistry (6): Complementary effect of hydrogen bonding and base stacking on the stability of double-stranded nucleic acids
L. Liu, S. Takahashi, N. Sugimoto
日本化学会第104回春季年会
開催年月日： 2024年3月
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人工核酸塩基を用いたDNA二重らせん構造の水和解析
高橋俊太郎, GHOSH Saptarshi, 大山達也, 岡村秀紀, 永次史, 杉本直己
第23回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
開催年月日： 2023年12月
産業財産権 【 表示 ／ 非表示 】
学術関係受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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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
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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
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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
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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
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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
科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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いつ、どこで、どのように、核酸の高次構造は形成し機能するのかを予測する
2022年4月 - 2027年3月
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(S)
杉本 直己, 松浦 和則, 沼田 圭司, 遠藤 玉樹, 高橋 俊太郎, 建石 寿枝
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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)
高橋 俊太郎
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。
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細胞内環境で変化する非二重らせん構造の定量的機能解析と遺伝子発現制御
2018年10月 - 2021年3月
学術振興機構 科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
杉本 直己, TENG Ye, 建石 寿枝, 高橋 俊太郎, 遠藤 玉樹, GHOSH SAPTARSHI
本研究では、非標準核酸構造の安定性と立体構造を細胞内環境で解析し、非標準核酸構造による遺伝子発現制御機構を分子レベルで解明することを目的としている。2018年度はまず、細胞内環境で遺伝子発現制御する非標準構造のエネルギーパラメータの測定を開始した。研究分担者の建石とTengが中心となり、ヒトのDNA配列からがんや神経疾患に関連する非標準構造を対象に、化学的環境変化への応答を解析した。紫外可視吸光度測定と円二色性測定から熱力学的安定性や核酸構造を解析することで、共存溶質、pH、イオン濃度などの化学環境の変化による非標準核酸構造の安定化エネルギーの変化を定量的に得た。また、細胞内のような分子で混み合った環境を模倣すると考えられる分子結晶内での構造解析の条件検討を開始した。そのために、ヒトのがん遺伝子の一種であるVEGF遺伝子のプロモーター領域の配列が形成する非標準核酸構造の１つであるi-motifについて、結晶化の検討を研究分担者の高橋がイギリスReading大学で開始した。さらに、細胞内での非標準核酸構造を実測するための準備として、研究代表者の杉本がチェコMasaryk大学に訪問し、分担者の建石が行った細胞実験のデータを基に細胞内NMR測定の予備的検討と、今後の測定における 細かな実験条件の打ち合わせを行った。細胞・個体レベルでの非標準核酸構造の機能制御の研究にも着手し、研究分担者の遠藤が中国南京農業大学に出向いてイネの組織毎のRNAを取得し、イネの発生や分化、組織形成などの各成長段階において変動する非標準核酸構造の解析を開始した。
国際交流として、イギリス、チェコ、中国それぞれにおいて学会あるいはセミナー形式で研究発表も行い、さらなる国際共同研究の可能性を拡げることができた。 -
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)
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。
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核酸構造の多様性に基づく新規の遺伝暗号Dimensional Codeの解析
2016年4月 - 2019年3月
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(A)
杉本 直己, 遠藤 玉樹, 高橋 俊太郎, 建石 寿枝, 藤井 大雅
本研究では、化学環境の効果を考慮して非二重らせん構造の物理化学的な解析を行い、セントラルドグマのDimensional Codeとして想定される非二重らせん構造の機能を分子レベルで明らかにし、人工分子を用いてDimensional Codeを人為的に制御することを目的に研究を進めた。研究期間を通じて、細胞内の化学環境に応答する非二重らせん構造に関する種々の物理化学的パラメータを得た。得られた知見を基に、非二重らせん構造を誘起、安定化する人工分子、人工核酸などを設計、合成した。さらに、これらの分子を、複製、転写、翻訳などのセントラルドグマに重要な反応の制御に活用できることを細胞内外で示した。
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 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
研究費の種類： 科研費等
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2022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
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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
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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 】
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2019年 - 現在 日本高圧力学会 高圧力学会誌編集委員
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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 】
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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
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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
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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 】
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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。
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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