2019 Fiscal Year Annual Research Report
A study of protein corona formation using purified carbon nanotubes
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18H01809
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
平野 篤 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (90613547)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
亀田 倫史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (40415774)
白木 賢太郎 筑波大学, 数理物質系, 教授 (90334797)
田中 丈士 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (30415707)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | タンパク質 / カーボンナノチューブ / タンパク質コロナ / 分子動力学計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、独自技術によって得られた超高純度カーボンナノチューブを用いて、カーボンナノチューブとタンパク質からなる複合体であるタンパク質コロナの形成機構を解き明かすことを目的としている。カーボンナノチューブなどのナノ粒子が環境中から生体内に取り込まれた直後に形成されるタンパク質コロナの構造は、ナノ粒子の生体内動態を決定づける極めて重要な因子であり、ナノ粒子の安全性と深く関わっている。
本年度は、昨年度に引き続き、タンパク質コロナ形成におけるカーボンナノチューブの骨格構造や電気的性質の影響を明らかにするとともに、アミノ酸とカーボンナノチューブの相互作用を調べることで、タンパク質とカーボンナノチューブの相互作用を要素還元的に理解することを目指した。分子動力学計算によって得られる相互作用の熱力学的な物性値に対するカーボンナノチューブの曲率依存性を調査した結果、曲率の増加によって相互作用が減少することが明らかになった。
また、昨年度、タンパク質とカーボンナノチューブの化学的な相互作用である酸化還元反応が、カーボンナノチューブの原料に残存する夾雑物に由来する金属イオンの影響を受けることを明らかにしており、本年度は、タンパク質以外の生体分子（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドなど）とカーボンナノチューブの間の酸化還元反応における遷移金属イオンの効果を調査することで、酸化還元反応の多角的な理解を目指した。結果として、カーボンナノチューブに含まれる微量の鉄イオンによって引き起こされるタンパク質とカーボンナノチューブの間の酸化還元反応は金属キレート剤であるエチレンジアミン四酢酸（EDTA）によって十分に抑制される一方、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドとカーボンナノチューブの間の酸化還元反応はEDTAによって抑制されないことが明らかになった。
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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
昨年度の結果を踏まえ、計画通りに曲率の異なるカーボンナノチューブと各種アミノ酸の相互作用を熱力学的に調査した。また、タンパク質以外の生体分子として、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドを用いた実験により、金属キレート剤の有効性の限界などを明らかにした。これらはタンパク質とカーボンナノチューブの複合体であるタンパク質コロナの形成機構の解明に向けた重要な成果となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
分子動力学計算を用いた手法をさらに推し進め、カーボンナノチューブを含む芳香族平面とアミノ酸残基の相互作用の新規指標の提案などを行う予定である。この指標は言い換えればアミノ酸側鎖の芳香族への親和性を示すものであり、タンパク質コロナ形成原理の理解のみならず、その予測にも貢献できると期待している。芳香族平面の対照物質としては、アルコールなどの直鎖分子などを想定しており、これらの分子に対するアミノ酸側鎖の親和性も明らかにしていく予定である。
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