2022 Fiscal Year Annual Research Report
Optical control of the plasma membrane functions by using dynamic exciton
| Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
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| Project/Area Number |
20H05842
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
村上 達也 富山県立大学, 工学部, 教授 (90410737)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沼田 朋大 秋田大学, 医学系研究科, 教授 (20455223)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | 細胞膜電位 / 膜融合 / 配向制御 / 脂質ナノ粒子 / ドラッグデリバリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ドナー－アクセプター連結分子（Ｄ―Ａ分子）による視神経細胞活動の光操作、究極には、点眼による失明患者の視力回復に向けて、Ｄ－Ａ分子の（１）細胞膜内輸送と（２）細胞膜内異方的配置（Ｄ部分は細胞内側，Ａ部分は細胞外側）に注力した。
まず（１）を実現するためのＤ－Ａ分子輸送キャリアの開発について報告する。これまでのキャリア（ＮＤ）と膜融合性脂質を用いて作製した膜融合性ＮＤ（ｆＮＤ）を蛍光ラベルし、培養神経細胞に作用させると、ｆＮＤの細胞親和性はＮＤのそれに比べてかなり低下することがわかった。そこで次にｆＮＤの細胞膜親和性を向上させるため、ｆＮＤに含まれる細胞膜透過ペプチドを、現状のＴＡＴ（ＨＩＶ由来）からＰＥＮ（ショウジョウバエ由来）に変更したところ、顕著な改善が観察された。一方で、ＰＥＮを含むＮＤはｆＮＤの約７０％の膜融合活性を示した。つまりＰＥＮは膜接着・膜融合活性いずれにも優れることが明らかとなった。
次に（２）についてモデル実験を行った。Ｄ－Ａ分子のモデルとして用いてきたカチオン化フラーレン（ＣａｔＣ６０）を含むリン脂質膜を作製し、その後水和させてリポソームを作製したところ、ＣａｔＣ６０添加量に応じて、得られるリポソームの脂質膜相転移が減弱し、本方法によってＣａｔＣ６０を膜中に含むリポソームを作製できることがわかった。ＣａｔＣ６０搭載リポソームに、Ｄ－Ａ分子を細胞膜内で異方的に配向させるためのアンカー分子（ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒａｔｅ， ＰｙＢ）を添加すると、ＰｙＢ蛍光はＣａｔＣ６０搭載量の増加とともに減弱した。以上のことから、ＰｙＢはコンセプト通り、Ｄ－Ａ分子の細胞膜内異方的配置の実現に寄与する可能性が明らかとなった。
ＰｙＢを作用させた培養神経細胞に、Ｄ－Ａ分子（ＴＣ１）を搭載させた上記ＮＤを作用させ、光照射すると、照射直後のみ素速い膜電位変化が観察された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ＰＥＮという新しいペプチドを利用することで、細胞膜親和性と細胞膜融合活性を併せ持ったＮＤを作製することに成功した。脂質組成がこれまでのＮＤと同じであることから、Ｄ－Ａ分子搭載も問題なく行えることが期待される。
Ｄ－Ａ分子の細胞膜内異方的配置のためのアンカー分子（ＰｙＢ）の利用というコンセプトが、ＣａｔＣ６０というＤ－Ａモデル分子で実証できたことは大きな前進だと考えている。今後Ｄ－Ａ分子を用いて、同様の実験を行いたい。
そして最大の研究成果は、膜融合活性を有するＮＤとＰｙＢの利用によって、培養神経細胞における光誘導膜電位変化が迅速化されたことである。つまり本研究課題の中心コンセプトが部分的に証明されたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
追加合成されたＤ－Ａ分子（ＴＣ１）を入手できたため、まずは上記の迅速な光誘導膜電位変化の再現性を調べる。上記の研究実績の概要には記載しなかったが、使用するＮＤの種類に応じて、迅速な光誘導膜電位変化の出現タイミングが異なるという奇妙な現象を観察しているため、このメカニズムを探究する。
蛍光ラベルＮＤをマウスに点眼し、角膜吸収・網膜移行性を評価する。
ＴＣ１とは異なるメカニズムで分子内に正負電荷を生じる分子を作田博士（長崎大院工）から入手する予定であり、入手し次第、ＮＤ搭載を試み、光誘導膜電位変化するかどうか調べる。
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Research Products
(16 results)
