膜成分クラスター形成を促進するアルギニンペプチドの開発と細胞内薬物送達への展開

• Project/Area Number: 09J02741
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Drug development chemistry
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 広瀬 久昭 京都大学, 薬学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: アルギニンペプチド / 膜透過ペプチド / マクロピノサイトーシス

Research Abstract

アルギニン残基を豊富に含むアルギニンペプチドは、タンパク質や核酸などの効率的な細胞内導入に広く応用され、薬物送達への応用や細胞生化学的研究におけるツールとしても注目されている。アルギニンペプチドの細胞内移行メカニズムに関して様々な知見は得られてきているが、その詳細に関しては未だ解明されていない。申請者らは、アルギニンペプチドが細胞内へ流入する際、細胞膜表面上に、粒状のある特異的構造物が形成されることを新たに見出している。そこで本研究では、この粒状構造物の解析を中心として、アルギニンペプチドの細胞内流入様式を明らかにし、得られた知見をもとに新たな細胞内導入ペプチドベクター設計を行うことを目的とする。本年度は、細胞内送達技術という観点から、粒状構造物の意義を検討した。これまでに申請者は、粒状構造物を効率よく形成させるためにはアルギニンペプチドに適当な疎水性を付加させればよいことを見出している。そこで、本来膜透過性のない物質とともに、粒状構造物を効率よく形成させるアルギニンペプチドを細胞に投与することで、膜透過性のない物質の細胞内移行量が上昇するかどうか、および細胞内(サイトゾルや核)に拡散するかどうかをフローサイトメトリーおよび共焦点顕微鏡により検討した。その結果、粒状構造物を形成させることにより、10分間というインキュベーションで、本来膜透過性のないペプチドの細胞内移行量が顕著に増大し、また、細胞内での拡散も観察された。しかし、GFPなどのタンパク質レベルの高分子化合物においてはこのような結果は得られなかった。以上の結果から、粒状構造物形成は、本来膜透過性のない比較的小分子の化合物を効率よくサイトゾルや核に短時間で送達することができる可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Transient Focal Membrane Deformation Induced by Arginine-rich Peptides Leads to Their Direct Penetration into Cells (2012)
  • Author(s): Hirose, H., Takeuchi, T., Osakada, H., Pujals, S., Katayama, S., Nakase, I., Kobayashi, S., Haraguchi, T., Futaki, S
  • Journal Title: Molecular Therapy Volume: (in press) Issue: 5 Pages: 984-993
  • DOI: 10.1038/mt.2011.313
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acylation of octaarginine : Implication to the use of intracellular delivery vectors (2011)
  • Author(s): Katayama, S., Hirose, H., Takayama, K., Nakase, I., Futaki, S.
  • Journal Title: J.Controlled Release Volume: 149 Pages: 29-35
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expressed protein ligation for the preparation of fusion proteins with cell penetrating peptides for endotoxin removal and intracellular delivery (2010)
  • Author(s): Yu, H.H., Nakase, I., Pujals, S., Hirose, H., Tanaka, G., Katayama, S., Imanishi, M., Futaki, S.
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta. Volume: 1798 Pages: 2249-2257
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell-surface accumulation of flock house virus-derived peptide leads to efficient internalization via (2009)
  • Author(s): Ikuhiko Nakase, Hisaaki Hirose, Gen Tanaka, Akiko Tadokoro
  • Journal Title: Molecular Therapy 17 Pages: 1868-1876
  • Peer Reviewed
• [Presentation] アルギニンペプチドの直接膜透過により形成される粒状構造物に関する研究 (2011)
  • Author(s): 広瀬久昭、武内敏秀、中瀬生彦、二木史朗
  • Organizer: 第48回ペプチド討論会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2011-09-28
• [Presentation] The formation of particle-like structure on cell membranes accompanies direct influx of arginine-rich peptides into cells (2011)
  • Author(s): Hisaaki Hirose, Toshihide Takeuchi, Ikuhiko Nakase, Shiroh Futaki
  • Organizer: 22nd American Peptide Symposium
  • Place of Presentation: San Diego, California, USA
  • Year and Date: 2011-06-27
• [Presentation] アルギニンペプチドの細胞内拡散経路に関する検討 (2011)
  • Author(s): 広瀬久昭、武内敏秀、中瀬生彦、二木史朗
  • Organizer: 日本薬学会第131年会
  • Place of Presentation: 静岡ツインメッセ静岡
  • Year and Date: 2011-03-30
• [Presentation] Direct penetration of arginine-rich peptides into cells accompanies dynamic alteration of membrane structures (2010)
  • Author(s): Hisaaki Hirose, Toshihide Takeuchi, Ikuhiko Nakase, Shiroh Futaki
  • Organizer: 5^<th> International Peptide Symposium
  • Place of Presentation: 京都国際会館
  • Year and Date: 2010-12-08
• [Presentation] Dynamics of membrane-associated molecules that accompany direct penetration of arginine-rich peptides into cells (2010)
  • Author(s): Hisaaki Hirose, Toshihide Takeuchi, Ikuhiko Nakase, Shiroh Futaki
  • Organizer: The 27^<th> Naito Conference (Membrane Dynamics and Lipid Biology [I])
  • Place of Presentation: (札幌)シャトレーゼガトーキングダムサッポロ
  • Year and Date: 2010-06-30
• [Presentation] 細胞膜を透過するアルギニンペプチドの細胞内拡散経路に関する検討 (2009)
  • Author(s): 広瀬久昭、田中弦、中瀬生彦、二木史朗
  • Organizer: 第82回日本生化学会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2009-10-23