ナノ組織体の動的構造制御による新規バイオナノシステムの創製

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15300158
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 秋吉 一成 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (90201285)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森本 展行 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助手 (00313263) ; 渡辺 昭彦 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助手 (30126263) ; 岩崎 泰彦 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教授 (90280990)
• Keywords: ナノゲル / 会合性高分子 / 自己組織化 / 疎水化多糖 / 分子シャペロン / 人工分子シャペロン / タンパク質フォールディング / 細胞外タンパク質合成

Research Abstract

ナノゲル微粒子の動的構造制御により、分子シャペロン機能や細胞機能制御能を有する新規バイオナノシステムの創製とバイオテクノロジーや医療への応用を目指す。具体的には、タンパク質のフォールディングを助ける分子システムを構築し、タンパク質再生システムや高効率細胞外タンパク質合成システムの開発を行う。我々は、疎水化高分子の自己組織化を利用することで、タンパク質と相互作用しえる空間を有するナノゲルが構築できることを明らかとしてきた。本年度は、重合性官能基(メタクリレート基)を有するコレステロール置換プルラン(CHP)を合成した。重合性基を有するCHPは、水中でナノゲルを形成した。この重合性ナノゲルは、様々な水溶性モノマーと共重合可能である。稀薄水溶液中でナノゲル間の架橋反応を押さえた条件下で重合を行うことで、多糖と合成高分子とのハイブリッドナノゲルが合成されると予想される。ここでは、共重合のモノマーとしてタンパク質の吸着が極めて少ないなど生体適合性に優れた特性を有する2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)を選択した。希薄水溶液中で重合を行うことで、MPCとCHPとのハイブリッドナノゲルが合成しえることが明らかになった。MPC濃度を変えることで、物理架橋CHPナノゲルがさらにMPCポリマー鎖で化学架橋されたdual架橋ナノゲルがえられることがわかった。また、このハイブリッドナノゲルは、人工分子シャペロン機能を保持していることも明らかになった。
先に、光応答性分子としてスピロピラン基を有する新規会合性多糖を合成し、新規光応答性ナノゲルであることを明らかにしてきた。本年度はその分子シャペロン機能を詳細に検討した。スピロピランは、フォトクロミズムに伴って親水性・疎水性の変換や大きな構造変化を引き起こす化合物である。光でナノゲル中のスピロピラン基の極性を変えることで、それ単独系よりも確かにシャペロン活性が増大することが明らかになった。光照射のタイミングと元のスピロピラン種の異性体の構造により活性に大きな差がみられた。

Research Products

• [Publications] Y.Nomura, M.Ikeda, N.Yamaguchi, Y.Aoyama, K.Akiyoshi: "Protein refolding assisted by self-assembled nanogels as novel artificial molecular chaperone."FEBS Lett. 553. 271-276 (2003)
• [Publications] S-M.Nomura, K.Tsumoto, T.Hamada, K.Akiyoshi, Y.Nakatani, K.Yoshikawa: "Gene expression within cell-sized lipid vesicles."Chem Bio Chem. 4. 1172-1175 (2003)
• [Publications] Y.Nomura, Y.Aoyama, K.Akiyoshi: "Design of artificial chaperone by nanogel engineering."Biomolecular chemistry abridge for the future (ISBC2003). 268-269 (2003)
• [Publications] I.Lee, K.Akiyoshi: "Single molecular mechanics of a cholesterol-bearing pullulan nanogel at the hydrophobic interfaces."Biomaterials. (in press). (2004)
• [Publications] 森本展行, 秋吉一成: "高分子ナノゲルの設計とバイオ機能"ナノバイオテクノロジーの最前線. 44-52 (2003)
• [Publications] 秋吉一成: "自己組織化ナノゲルとナノゲルエンジニアリング"未来材料. 2. 36-43 (2004)