人工細胞膜受容体としての機能をもつ二次元ナノ組織体の構築

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10126243
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 菊池 純一 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (90153056)
• Keywords: 人工細胞膜受容体 / 二次元ナノ組織体 / 人工シグナル伝達系 / 有機超薄膜 / ステロイド型人工受容体 / 膜貫通型人工受容体 / 認識と応答 / 信号増幅

Research Abstract

1. 本研究では,二次元ナノ組織体としての有機超薄膜を基板に用いて,その表面での分子認識に対する応答を化学信号の増幅現象として取り出せる新規情報伝達システムの構築を目的とした。
2. 有機超薄膜は,タンパク質と脂質の機能をハイブリッドさせた人工ペプチド脂質を種々合成し,その自己組織化により作成した。薄膜の物性は,水中で形成される二分子膜及び気水界面で形成される単分子膜について多面的に評価し,分子構造と膜特性との関連性を明らかにした。
3. 細胞膜に存在するGタンパク連結型受容体の機能を規範にして,ステロイド型受容体あるいは膜貫通型受容体など,アミノ基を認識部位とするいくつかの人工受容体を設計し,その合成を行った。これらの人工受容体を上記の有機超薄膜に非共有結合的に固定化して,人工細胞膜受容体システムを構成した。
4. 受容体のシグナル伝達効率を評価するにあたっては,同一膜上に乳酸脱水素酵素を固定化し,受容体による一次シグナル認識の1,0応答を第二のシグナルで酵素に伝えることで,触媒的物質変換という信号増幅現象を動力学的に追跡した。その結果,芳香族アルデヒドと銅イオンをそれぞれ一次及び二次シグナルに用いることで,有効なシグナル伝達系が構成できることがわかった。
5. 特に,二分子膜を貫通し,両端にシグナル認識部位をもつ人工受容体においては,膜の両側での多重認識にもとづいて有効なシグナル伝達が達成されることが明らかになった。これは,生体系と類似のメカニズムで,二分子膜を介した人工シグナル伝達系が構築できる可能性を示すものであり,今後超分子ナノデバイスへの展開が期待される。

Research Products

• [Publications] J.Kikuchi: "Steroid Cyclophanes as Artificial Cell-surface Receptors. Molecular Recognition and Its Consequence in Signal Transduction Behavior" J.Incl.Phenom.32巻2/3号. 209-221 (1998)
• [Publications] J.Kikuchi: "An Artificial Signal Transduction System. Control of Lactate Dehydrogenase Activity Performed by an Artificial Cell-surface Receptor" Chem.Lett.3号. 253-254 (1999)
• [Publications] J.Kikuchi: "Signal Transduction Mediated by Artificial Cell-surface Receptors. Activation of Lactate Dehydrogenase Triggered by Molecular Recognition and Phase Reorganization of Bile Acid Derivatives Embedded in a Synthetic Bilayer membrane" Chem.Commun.(印刷中). (1999)
• [Publications] J.Kikuchi: "Molecular Recognition and Inclusion" Kluwer Academic Publishers, 6 (1998)