環状ペプチドの膜透過における主鎖柔軟性が与える効果の研究

Research Project

Project/Area Number	21J13541
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	国内
Review Section	Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	細野裕基東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY)	2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords	環状ペプチド / 細胞膜透過 / アミドーエステル置換 / 立体配座解析
Outline of Research at the Start	環状ペプチドは、細胞内のタンパク質を制御可能なため注目されているが、生体膜透過性が低いため、基礎研究や疾病治療の観点から生体膜透過性の向上が必要である。しかし、生体膜透過メカニズムは未解明な部分が多い。近年の計算科学的なアプローチにより、環状ペプチドの生体膜透過においては、主鎖骨格の柔軟性の重要性が示唆されているが、実験的に示した例はない。本研究では、立体配座に影響を与えず、膜透過性向上が可能なことが示されているエステル置換手法を利用して、環状ペプチドの主鎖柔軟性が生体膜透過性に与える影響を、多角的な実験的アプローチにより評価、考察する。
Outline of Annual Research Achievements	環状ペプチドは、タンパク質を制御可能なため注目されているが、生体膜透過性が低く細胞内のタンパク質を標的とすることは難しい。そのため、疾病治療の観点から生体膜透過性の向上が必要である。そこで、本研究では環状ペプチドの生体膜透過メカニズムの解明と、膜透過性向上手法の開発を行った。当該年度では(1)環状ペプチドの主鎖骨格の立体配置が与える膜透過性への影響に関する研究と立体配座解析を通した構造ー膜透過性相関の研究、及び（２）膜透過性向上手法の確立を目指したアミドーエステル置換による膜透過性向上手法の汎用性の確認を行った。以下に具体的な結果を記す。（１）環状ペプチドの主鎖立体化学が与える膜透過性への影響を評価するため、ある６残基ペプチドに着目し、その立体異性体全６４種を合成した。それら全ての膜透過性を測定し、分子力学計算を用いた構造解析を通して、立体構造が膜透過性に与える影響を考察した。結果として６残基環状ペプチドの膜透過性においては、膜中で露出したアミド結合NHなどが大きく寄与する露出表面の水素結合供与体の数と、膜中で安定な立体配座の水中での占有率に、大きく影響されることが示唆された。２、環状ペプチドの膜透過性を向上させる手法として、露出したアミド結合のエステル置換をある６残基環状ペプチドをモデルに報告している。当該年度では、様々な環状ペプチドに対しても同様にこの手法が適用できるかを確認した。結果として、親水性の高い環状ペプチドに関しては、本手法で高い膜透過性を付与することが可能であることがわかった。以上の結果は、環状ペプチドの膜透過性メカニズムにおいて、分子表面の疎水性が重要であることを示しており、その物性の制御にアミドーエステル置換が効果的であることを示している。以上、当該年度においては環状ペプチドの膜透過性に関する研究として、期待以上の研究の進展があった。
Research Progress Status	翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。