Kenta Arai Laboratory — Tokai University
タンパク質のかたちと機能を化学の力でつくりだす。
当研究室は、硫黄・セレン・テルル(カルコゲン)化学を基盤として、ジスルフィド結合とタンパク質フォールディングを精密に制御する分子を設計。タンパク質の構造形成・機能・品質管理を化学の力で制御する研究を展開しています。
生命現象を、化学的に再現・理解する
ようこそ、荒井堅太研究室(Kenta Arai Laboratory)へ
東海大学理学部化学科・先進生命科学研究所を拠点に2014年に開設された、荒井堅太准教授の研究室です。硫黄・セレン・テルル(カルコゲン)化学、有機合成、電気化学、マイクロフロー合成、タンパク質化学を組み合わせて、生命機能を分子レベルで再現・理解する研究を行っています。
私たちは、生体内のタンパク質の精巧な折りたたみ(フォールディング)と構造形成のしくみを、低分子の化学試薬を用いて再現し、自在に操ることを目指しています。小胞体内でのジスルフィド結合の形成・組み換えを担う酵素の機能を人工分子(酵素ミミック)で再現する研究は、タンパク質品質管理機構の解明と、機能性タンパク質の新しい生産技術につながります。インスリンなどの機能性タンパク質の構造制御と長期作用型アナログ創製、S-to-Se戦略による人工タンパク質合成へと展開しています。さらなる詳細は、Researchをご覧ください。
Research Keywords
- Selenium (Se)
- Tellurium (Te)
- Disulfide Chemistry
- Protein Folding
- Electrochemical Flow Synthesis
- Artificial Protein Synthesis
研究室の特色
- 有機合成 × 電気化学 × タンパク質化学 の融合
- 学部生・大学院生が研究を主導(論文本著者に多数)
- WSeS・ICCST・Se2023 など国際会議で招待講演多数
- 毎年、化学系春季年会・国際会議に学生が発表
- IISc(インド)・カーディフ大学(英国)・ペルージャ大学(伊)・メルボルン大学(豪)など、国内外の大学・研究機関との国際共同研究
共同研究・研究見学・大学院進学のご相談を歓迎します
02 — Research
研究テーマ
カルコゲン化学を基盤に、タンパク質の構造形成と機能を化学の力で制御することを目指しています。有機合成・電気化学・生化学を融合し、4つの研究領域を展開しています。
タンパク質は、アミノ酸鎖が正しく折りたたまれ、固有の立体構造を形成することで機能を発揮します。私たちは、この複雑なタンパク質の構造形成を化学の力で理解し、自在に制御することを目指しています。特に、セレン(Se)やテルル(Te)を中心とするカルコゲン化学を基盤として、フォールディングを促進する分子触媒の開発や、機能性タンパク質の構造設計・人工合成に取り組んでいます。
タンパク質のフォールディングと品質管理
小胞体では、Protein Disulfide Isomerase(PDI)ファミリーやERO1などの酸化還元酵素が、ジスルフィド結合(S–S)の形成や組み換えを介してタンパク質のフォールディングを制御しています。私たちは、こうした酵素機能を低分子触媒によって再現・制御し、タンパク質生産効率の向上を図るとともに、活性酸素種(ROS)や活性窒素種(RNS)による酸化還元環境の変化とフォールディング異常の関係を化学的に理解し、人工分子によってタンパク質品質管理(プロテオスタシス)を自在に制御することを目指しています。
セレン・テルル試薬による精密酸化還元
グルタチオンペルオキシダーゼ(GPx)・チオレドキシンレダクターゼ(TrxR)・デヨージナーゼ・脱ニトロソ化酵素など、生体内ではセレンや硫黄を利用する多様な酸化還元酵素が生命機能を支えています。私たちは、水溶性のセレン・テルル化合物を設計・合成し、これらの酵素機能を低分子で再現することで、酵素の作用機序を化学的に理解するとともに、酵素機能を代替する分子の創製と薬剤応用を目指しています。さらに、こうした酵素模倣分子を有機合成触媒へと応用し、生命科学から合成化学までを横断する新しいレドックス化学の開拓に取り組んでいます。
電気化学・マイクロフロー反応場
電気化学反応は、電子そのものを試薬として利用することで、従来の化学試薬に依存しない酸化還元反応を可能にします。私たちは、マイクロフローリアクターと電極反応を融合した電気化学フロー合成により、反応場を精密に制御する新しい合成手法の開発に取り組んでいます。ラジカル的チオール–エン反応やフッ素化、ジスルフィド形成などをモデルとして、開始剤や酸化還元試薬の使用を抑えた効率的な分子変換を実現し、含硫黄・含カルコゲン化合物をはじめ、薬剤や機能性分子の合成へと応用します。
機能性タンパク質の構造化学とアナログ創製
血糖調節を担うインスリンや、子宮内膜症をはじめとする疾患への応用が期待されるリラキシンは、複数のジスルフィド結合(S–S)によって立体構造が支えられた重要なペプチドホルモンです。これらの分子を化学合成するためには、複数のS–S結合を正しい位置に架橋することが大きな課題となります。私たちは、S–S結合をジセレニド結合(Se–Se)へ置換する「S-to-Se戦略」により効率的な合成を実現するとともに、タンパク質の構造安定性や生理機能そのものを制御することを目指しています。長期作用型「セレノインスリン」や「セレノリラキシン」などの創製を通じて、新しい人工タンパク質の設計・合成に取り組んでいます。
03 — Members
メンバー
PIの荒井堅太准教授のもと、スタッフ・大学院生・学部生がそれぞれの研究テーマに取り組んでいます。
・ 東海大学 理学部 化学科 准教授(2024.04–2025.03)/講師(2017.04–2024.03)
博士(理学)。セレン・テルル化学を核としたタンパク質の構造制御と低分子酸化還元酵素ミミックの研究に従事。研究対象は、タンパク質のフォールディング機構、有機セレン化合物のレドックス化学、フロー合成・電気化学的有機合成、そしてS-to-Se置換による機能性タンパク質の設計。Current Green Chemistry 編集委員。松前重義学術奨励賞受賞(2025)。
研究室には学部生・大学院生が在籍し、それぞれのテーマで有機合成・物理化学的評価・生化学的アッセイを組み合わせて研究を進めています。学生が論文本著者となる成果も多数(ChemBioChem 2022, 2025・Commun. Chem. 2025・JACS Au 2026 など)。
Education & Career
- APR 2025 – Present東海大学 先進生命科学研究所 准教授
- APR 2024 – MAR 2025東海大学 理学部 化学科 准教授
- APR 2017 – MAR 2024東海大学 理学部 化学科 講師
- APR 2014 – MAR 2017東海大学 理学部 化学科 助教
- MAR 2013 – MAR 2014カーディフ大学(英国) 博士研究員
- OCT 2012 – MAR 2014日本学術振興会 特別研究員(PD)
- APR – SEP 2012日本学術振興会 特別研究員(DC2)
- SEP 2012博士(理学)取得 — 東海大学大学院 総合理工学研究科 博士後期課程修了。学位論文「水溶性セレノキシド試薬を用いたジスルフィド含有タンパク質の酸化フォールディング機構の解明」(指導:岩岡道夫 教授)
- MAR 2010修士(理学)— 東海大学大学院 理学研究科 化学専攻 修了
- MAR 2008学士(理学)— 東海大学 理学部 化学科 卒業
Editorial · Awards · Lectures (Selected)
- JAN 2025AWARD松前重義賞・学術部門(松前重義学術奨励賞)受賞
- 2020AWARDTU Science Award 2020 受賞
- MAY 2016AWARDBentham Current Green Chemistry Award — 第5回 WSeS(平塚)優秀発表
- FEB 2017 –Current Green Chemistry(Bentham Science Publishers)編集委員
- JUN 2025International Mini-Symposium 2025(東海大学)— 招待講演「Selenium Chemistry: A New Frontier in Protein Structural Control」
- NOV 2024Peptide Users Group 2024 Spring Symposium(メルボルン, Bio21)— Plenary 講演「S-to-Se Substitution Strategy for Preparation of Insulin Superfamily Proteins」
- JUL 202411th Workshop of SeS Redox and Catalysis(トルン, ポーランド)— 招待講演
- JUN 2024University of Melbourne — 招待講演「Structural Control of Proteins by Utilizing Selenium Chemistry」
- JUN 20239th International Selenium Conference Se2023(大田, 韓国)— 招待講演「Allosteric selenopeptides as a model of selenoenzymes」
- DEC 2022ICCST-15(フロリアノーポリス, ブラジル)— 招待講演「Aliphatic Diselenides as a Potential Manipulator for Proteostasis」
- MAY 2022Group 16 Elements in Chemical Biology(オンライン)— 招待講演
- MAY 20197th Workshop of SeS Redox and Catalysis(ペルージャ, イタリア)— 招待講演
- SEP 2018SeS Redox & Catalysis Workshop(サンタマリア, ブラジル)— 招待講演
- NOV 2017SSCB-2017(ムンバイ, インド)— 招待講演「Cyclic Selenium Compounds: A New Class of Oxidative Folding Reagents」
- JUN 2017Protein Society 31st Annual Symposium(モントリオール)— 招待講演
- FEB 20166th Int. Conf. on Metals in Genetics, Chemical Biology and Therapeutics(バンガロール)— 招待講演
Staff(スタッフ)
Institute of Advanced Biosciences / Department of Chemistry, Tokai University
Master's Course(大学院修士課程)
Graduate students · 2026
Undergraduates(学部生)
4th-year students · 2026
Former Members(卒業生・旧メンバー)
- Dr. Debasish Bhowmick(Indian Institute of Science (IISc), India)
- 三神 瑠美
- 岩田悠希
- 佐藤悠平
- 山本駆流
- 松井皆士
- 野原崚平
- 西沢優也
- 高橋莉奏
- 庄小竜
- 青山ゆうり
- 大島沙矢香
- 戸羽遥楽
- 春日悠里
- 中江心
- 仙島夢華
- 香川雄亮
- 市村真芙有
- 山中雄一朗
- 澤入萌恵
- 伊藤舞桜
- 流郷然
- 山元望史
- 松本夕海
- 湯崎ほのか
- 塚越俊介
- 加藤優
- 川村陸哉
- 佐藤啓樹
- 佐々木萌香
- 藤澤翔太
- 大坂侑意
- 松永峻彦
- 八木澤麗奈
- 羽田将弘
- 三好悠介
- 佐藤友海
- 上野陽士
- 浅野友紀
- 山口優太
- 赤星希望
- 上田雪良
- 中島いくみ
- 大石尊
- 西澤慶祐
- 田村清佳
- 齋藤愛美
- 田代絢子
- 内田祐介
04 — Publications
論文・業績
査読付き論文・総説・書籍章を発表年順(新しい順)に収載。* 責任著者、† 共同筆頭(equal contribution)。
05 — News
ニュース
論文発表・受賞・学会講演・研究室活動の記録(2014〜2026年、新しい順)。
06 — Gallery
研究室の日常(Lab Life)
論文誌表紙(Journal Covers)・実験室・活動写真(Lab Life)を収録しています。
A. Journal Covers
論文誌の表紙・裏表紙(Front / Back / VIP 等)を収録しています。
B. Laboratory / 実験室の様子
当研究室の実験室・研究室の様子を紹介します。有機合成実験・分析実験・生化学分析・細胞培養実験に使用する機器・設備です。
NCA(Native Chain Assembly)によるインスリンの合成法を動画で!
C. Lab Life / 活動写真
学会発表・集合写真・卒業式など、研究室の活動記録を年度別に収録しています(見出しをクリックで展開)。
07 — Access
アクセス・連絡先
東海大学 先進生命科学研究所 荒井堅太研究室(湘南キャンパス)
〒259-1292 神奈川県平塚市北金目4-1-1
東海大学 湘南キャンパス
(兼任先:理学部 化学科)
Office:先進生命科学研究所(3階 第6研究室)