人工分子針の細胞膜貫通制御

• Project Area: Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions
• Project/Area Number: 26102513
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 上野 隆史 東京工業大学, 生命理工学研究科, 教授 (70332179)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2015: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: タンパク質 / 膜透過 / バクテリオファージ / 超分子 / 自己集合

Outline of Annual Research Achievements

成果1：バクテリオファージT4から再構築された三本鎖βヘリックス針蛋白質の細胞膜貫通反応細胞は細胞膜によって外界から隔てられており、ウイルスのような天然の分子機械は、高効率かつ直接的に細胞膜を透過する。T4ファージは、gp5と呼ばれる三重鎖βヘリックス針蛋白質を用いて大腸菌の外膜に穴を開ける。近年他のファージの尾部にもβヘリックスが確認されており（図4）、細胞膜貫通反応に重要な役割を果たすと推定されているものの、実験的に細胞への取り込みを解析した例はなかった。本研究では、βヘリックスからなる人工蛋白質針β-PNが（1）エンドサイトーシスを経ない直接的な機構で赤血球に取り込まれること、（2）その取り込みに表面電荷が寄与していることを見出した。この結果は、βヘリックスの細胞膜透過反応を実験的に示した初めての例である。β-PNは細胞内分子輸送に応用可能であり、既にβ-PNによる外来物質の細胞内輸送を実現にも成功した。さらにHSAFMなどによる詳細な解析から、一分子レベルで膜透過メカニズムの検証に成功した
成果2：金属―蛋白質針複合体を用いた効率的な細胞内一酸化炭素輸送によるNF-κB活性化
一酸化炭素（CO）は細胞保護作用、抗炎症作用等を担うシグナル分子として機能することが報告されている。細胞内にCOを輸送するために、主に金属カルボニルからなるCO輸送分子（CORM）が用いられてきた。しかしながら、細胞内への取り込み効率の低さ、安定性の低さ等が問題視されており、COを用いたシグナル伝達制御のために、より効率的な細胞内輸送法の確立が求められている。本研究では、β-PN-Ru(CO)2複合体を用いた細胞内へのCO輸送法を確立し、転写因子であるnuclear factor-kappaB（NF-κB）の活性化に成功した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A metal carbonyl-protein needle composite designed for intracellular CO delivery to modulate NF-κB activity (2015)
  • Author(s): H. Inaba, N.J.M. Sanghamitra, K. Fujita, T. Sho, T. Kuchimaru, S. Kitagawa, S. Kizaka-Kondohc, and T. Ueno
  • Journal Title: Mol. BioSyst. Volume: 11 Issue: 11 Pages: 3111-3118
  • DOI: 10.1039/c5mb00327j
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Design of Biomaterials for intracellular delivery of carbon monoxide (2015)
  • Author(s): H. Inaba, K. Fujita and T. Ueno
  • Journal Title: Biomaterials Science Volume: 3 Issue: 11 Pages: 1423-1438
  • DOI: 10.1039/c5bm00210a
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 「超分子タンパク質を用いて金属の反応を操る」 (2015)
  • Author(s): 稲葉央、安部聡、上野隆史
  • Journal Title: 化学 Volume: 70 Pages: 41-46
• [Journal Article] Protein needles as molecular templates for artificial metalloenzymes (2015)
  • Author(s): H. Inaba, S. Kitagawa, and T. Ueno
  • Journal Title: Isr. J. Chem. Volume: 55 Issue: 1 Pages: 40-50
  • DOI: 10.1002/ijch.201400097
  • NAID: 120005661554
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Special Issue: Artificial Metalloenzymes (2015)
  • Author(s): T. Ueno
  • Journal Title: Isr. J. Chem. Volume: 55 Issue: 1 Pages: 2-2
  • DOI: 10.1002/ijch.201410018
• [Journal Article] Intracellular Protein Delivery System with Protein Needle-GFP Construct (2014)
  • Author(s): H. Inaba, N. J. M. Sanghamitra, T. Fukai, T. Matsumoto, K. Nishijo, S. Kanamaru, F. Arisaka, S. Kitagawa, and T. Ueno
  • Journal Title: Chem. Lett Volume: 43 Issue: 9 Pages: 1505-1507
  • DOI: 10.1246/cl.140481
  • NAID: 130004427188
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Plasma membrane translocation of a protein needle based on a triple-stranded β-helix motif. (2014)
  • Author(s): Sanghamitra. NJM, Inaba H, Arisaka F, Wang DO, Kanamaru S, Kitagawa S and Ueno T
  • Journal Title: Mol. BioSyst Volume: 10 Issue: 10 Pages: 2677-2683
  • DOI: 10.1039/c4mb00293h
  • Peer Reviewed
• [Remarks] Ueno Laboratory
  • URL: http://www.ueno.bio.titech.ac.jp/
• [Remarks] The Ueno Lab.
  • URL: http://www.ueno.bio.titech.ac.jp/