| Project/Area Number |
22KJ1321
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| Project/Area Number (Other) |
22J14973 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
茂田井 和紀 東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | ペプチド / 自己組織化 / 振動分光 / 結晶 / 金属イオン / エレクトロニクス |
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| Outline of Research at the Start |
これまで、自己組織化ペプチドを機能性材料として利用する試みがなされてきた。例えば、Gazit らは２個のアミノ酸からなるジペプチドの自己組織化構造が、触媒・圧電素子・発光素子として機能することを発表した(Tao, Kai, et al. Science 358.6365 (2017): eaam9756.)。ペプチドの応用として、その生体分子との親和性から、バイオセンサの活性層として使用できる可能性がある。
これまでの有機半導体を使用したバイオセンサー開発の知見を活かすことにより、より生体親和型のバイオセンサの実現が可能になると期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ペプチドの自己組織化機構の理解は、生命科学および材料科学の分野にとって極めて重要な課題であり、これによって新しい材料の開発に発展する可能性がある。これまでに、アルツハイマー病の原因として知られるA-βペプチド、肌を構成するコラーゲン、筋肉の伸縮運動を司るアクチンフィラメント、血糖値を調節するインスリンなど、多くの生体分子の自己組織化機構が研究されてきた。中でも、アミロイドβペプチドの研究では、複数のアミロイドβ配列からのフラグメント分子の結晶化および構造解析によって、ペプチドの結晶構造を対称性に基づいて分類し一定の規則性を見出そういう試みがなされてきた。しかしながら、これらのペプチドが形成する結晶構造とアミノ酸配列との間の普遍的な関係は、未だ完全には解明されていない。
本研究では、比較的短い残基数を持つテトラペプチドを用いて、ペプチドの自己組織化プロセスを理解することを目的とした。フェニルアラニンとグルタミン酸を含むテトラペプチドの配列を異なる順序で設計し、それらの結晶化を試みた。これより、水素結合ネットワークが部分的にβシート状の構造を形成することにより、ペプチド結晶の成長が促進されることが示された。さらに、ペプチドのアミド結合中のN-Hが、向い合うアミド結合のC=Oと水素結合を形成するだけでなく、グルタミン酸のC=Oとも水素結合を形成し、結果的に分岐した水素結合を形成していることが分かった。これらの結果は、第一原理計算および量子化学計算を用いてさらに検証され、分子レベルでの分子間相互作用の詳細が明らかになった。
また、テトラペプチド中のフェニルアラニンとグルタミン酸の配列組み合わせを変えた３種類のペプチドFEFE、FEEF、FFEEを設計・合成し、結晶化を試みたところ、アミノ酸の配列によって全く異なる水素結合ネットワークや分子間相互作用の様式を形成することが明らかとなった。
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