2017 Fiscal Year Annual Research Report
Construction and Functionalization of Peptide Molecular Assemblies Changing Morphologies by Membrane Fusion and Fission
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16H02279
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
木村 俊作 京都大学, 工学研究科, 教授 (80150324)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 分子集合体 / ポリペプチド / ヘリックス / 相分離 / ナノチューブ / 温度応答性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
poly(sarcosine)-b-(L-Leu-Aib)6-OMeおよびpoly(N-ethyl glycine)-b-(L-Leu-Aib)6-OMeの両親媒性ポリペプチドを合成した。各両親媒性ポリペプチドは、水中にてナノチューブを形成した。両者のナノチューブを混合してトリフルオロエタノールを添加することで、ナノチューブの接合が起こることを見出した。リポ酸をpoly(sarcosine)ブロックの末端に導入した両親媒性ポリペプチドを混合し、金のナノ粒子がナノチューブに結合する様子を解析して、ナノチューブの相分離状態を解析した。その結果、50℃では、2種類の両親媒性ポリペプチドが混合し、相分離状態は維持されないことがわかった。一方、90℃に加熱すると、poly(N-ethyl glycine)ブロックが会合することにより、相分離が誘導され、トリフルオロエタノールが系中から除かれることで低温に戻しても相分離が維持されることが示された。次に、二種類の両親媒性ポリペプチドを予め混合しておき、90℃に加熱して相分離を試みた。しかしながら、相分離は観察されなかった。ヘリックスの会合が強いことが相分離に至らない原因と考え、トリフルオロエタノールを加えて90℃加熱を行ったところ、金のナノ粒子を用いたマッピングにより、相分離を観察できた。この現象は、親水性ブロックの曇点を利用した、均一なナノチューブの相分離を実現した最初の例と考えている。このように、モルフォロジーの変化を伴わず、温度刺激により、構成する両親媒性化合物の親水性ブロックの曇点を利用して、分子集合体であるナノチューブに相分離を誘導できたが、このためには、前もっては考えることができなかった、トリフルオロエタノールの適切な添加が必要であった。
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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
両親媒性ポリペプチドの親水性ブロックに、poly(sarcosine)とpoly(N-ethyl glycine)を用いた2種類のポリペプチドを合成した。当初、両者を混ぜて調製したナノチューブは、親水性ブロックの種類が異なるため相分離を誘導すると考えたが、実験を行ってみると、両者は混合した。疎水性ブロックが、両者で同じであることが原因と考えられる。一連の測定を行う中で、poly(N-ethyl glycine)を有する両親媒性ペプチドで調製したペプチドナノチューブが、70℃に加温することで凝集することを見出した。温度変化で可逆的に凝集、解離したことから、曇点をもつことがわかった。poly(N-ethyl glycine)だけでは曇点を示さないことから、分子集合体表面に、密度高くpoly(N-ethyl glycine)を導入することで、曇点を示すようになったと考えられる。そこで、二種類の両親媒性ポリペプチドを混合してナノチューブを作製し、昇温して相分離を誘導することを試みたが、相分離には至らなかった。疎水性ヘリックス間の会合が強いと考え、トリフルオロエタノール存在下に昇温したところ、ナノチューブに相分離を認めることができた。このように、相分離ナノチューブを得るには、幾つかの重要な要因があることを見つけ、それらの要因を解決することで、相分離現象に繋げることに成功した。水中での分子集合体は、両親媒性化合物の疎水性部位の疎水性相互作用に基づく分子集合化がドライビングフォースである。このため、これまでの分子集合体システムでは、疎水性部位の分子設計が重要であった。一方、本研究では、親水性ブロックの曇点を利用し、親水性ブロックの集合化がドライビングフォースとなる分子集合体システムを開発できた。他の研究に比べて、異なった視点からの分子集合体システムの開発に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度では、分子集合体上にpoly(N-ethyl glycine)を高密度に呈示することで、70℃以上にすることで分子集合体の中でpoly(N-ethyl glycine)ブロック同士が集合化するシステムを構築できた。従来の分子集合体が、水中での疎水性ブロックの疎水性相互作用による集合化に基づいているのに対し、poly(N-ethyl glycine)を使った分子システムでは、親水性ブロックの集合化に基づいており、"hydrophilic-region driven segragation" と名付けている。この新しい分子集合体形成を構成する分子システムを拡張するため、親水性ブロックであるpoly(sarcosine)の末端に、アデニンやチミンなどの核酸塩基を導入し塩基間の水素結合を通した分子集合化などを検討する。アデニンとチミンとの間には、2本の水素結合の形成が可能であるが、Hoogstein型の水素結合や、アデニン同士の水素結合も可能である。分子集合体に高い濃度でこれらの核酸塩基を呈示した場合、どのタイプの相互作用が優先するのか、興味深い。いずれにしても、"hydrophilic-region driven segragation" の観察される可能性は高い。これらの研究から、両親媒性ポリペプチドの親水性ブロックおよび疎水性ブロックが共に協働的に働いて分子集合体の特性を制御できる分子システムの開発に繋げ、多様な要求に応えることのできる、動的分子集合体システムを目指す。また、分子集合体中での相分離を通して、モルフォロジー変化や、分子集合体の部分的切断等についても、分子システムの検討を加える。
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