2020 Fiscal Year Annual Research Report
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19H02831
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
金原 数 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (30282578)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 良和 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20374225)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | タンパク質凝集抑制 / オリゴエチレングリコール / 分子動力学シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）本研究課題で目的とする合成単分子シャペロン開発において，最も重要な過程である単分散大環状オリゴエチレングリコール骨格の合成について，前年度に引き続き，オクタエチレングリコールを基本単位とした，多量体の環状化合物の合成を検討した。その結果，末端に水溶性官能基としてエタノールアミンを導入した誘導体の合成に成功した。
２）前年度に引き続き，触媒リガンドの合成を検討した。その結果，オリゴエチレングリコールを導入した誘導体の合成に成功し，水中での分子の挙動について検討した。カチオン性の前駆体については，二分子膜を介してアニオンを輸送する，イオン輸送体としてはたらくことを見いだした。
３）上記前駆体について，計算化学的手法により二分子膜中でのアニオン輸送挙動を検討した。具体的には，分子動力学法によるシミュレーションによりアニオン輸送の主体となる複合体を検討し，２量体としてアニオン輸送していることを強く示唆する結果を得た。
４）大環状オリゴエチレングリコール誘導体について，タンパク質およびその集合体に対する影響の評価について，条件検討を行なった。
５）是年度に引き続き，大環状オリゴエチレングリコールのタンパク質に対する作用について検討した。具体的には，リゾチームをモデルとして，加熱―冷却操作におけるこれらの分子の凝集抑制効果を検証した。その結果，一部の誘導体が比較的高い凝集抑制効果を示すことを見いだした。
６）環状２量体が興味深い特性を有することを見いだし，その詳細について検討を進めた。
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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
１）本研究における第一の関門は，大環状構造化PEG誘導体の合成を達成することである。これについては，前述したようにオクタエチレングリコールを単位とした多量体の合成に成功しており，これにより様々な大きさの誘導体の合成が可能となったと考えられる。
２）触媒リガンドはカチオン性を有する構造であり，水溶性の高いオリゴエチレングリコールを導入した場合，単離精製に困難を伴うことが予想された。反応終了後の操作を工夫することでこれを回避できた。さらに，この化合物が二分子膜中でアニオンを輸送するという予想外の結果を得ることができ，当初想定していなかった応用可能性を開くことができた。
３）これまでの先行研究から，３量体，６量体の構造化オリゴエチレングリコールが温度応答性を有することが分かっていたため，今回，様々な誘導体について応答性を評価したところ，分子の形状によりそれが大きく異なることを見いだした。これは分子構造が物性に大きく影響を与えることを示しており，今後の分子設計に有益な知見と言える。
４）リゾチームにおいて，凝集抑制効果が確認できたことは，本研究課題の目的であるシャペロン効果を発揮する上で必須の性質であるため，極めて重要である。今後は，他のタンパク質に対する効果を検証することで，最適な分子構造，サイズ等の知見が得られることが期待される。
５）計算化学的手法は，直接観察できない現象の理解の大きな助けになるが，特に分子動力学シミュレーションがその挙動の解明に大いに役立つことを確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）前年度に引き続き，単分散大環状オリゴエチレングリコール骨格の合成法の検討を行ない，これを確立する。オクタエチレングリコールだけでなく，申請者らが合成法を確立した，１２量体，１６量体の単分散オリゴエチレングリコールを用いた検討により，タンパク質分子集合体に対し作用する分子を開発する。
２）これまでに合成に成功したリガンド部を組み込んだ大環状オリゴエチレングリコール骨格の構築を検討する。特に，３量体，６量体へ導入法を検討する。さらに，このリガンド部を有するGrubbs触媒の合成法を確立する。
３）上記で合成した水溶性Grubbs触媒の反応性を検討し，水中での反応に適した反応基質の探索を行う。また，水中での分子集合挙動を検討し，集合状態が反応性に与える影響を検討する。また，触媒反応の温度依存性についても検討する。
４）前年度に引き続き，リゾチームの他に，自発的リフォールディングを起こしにくく，分子シャペロン効果を検証しやすいタンパク質を用いて，単分散大環状オリゴエチレングリコール誘導体による熱凝集抑制効果を検討する。さらに，分子シャペロン効果の有無について検討する。
５）水溶性Grubbs触媒を用いて，この触媒がタンパク質の構造や活性に与える影響を調べる。さらに，これが反応基質を加えた場合に与える影響について詳細に検討する。続いて，この触媒によるタンパク質の熱凝集抑制効果を検討する。特に触媒単独の場合と反応基質の存在下での効果の差異の有無を中心に調べる。さらに，また，単独のタンパク質だけでなく，タンパク質の凝集体に対しこの触媒を加えた場合の効果についても検討する。
６）前年度に引き続き，分子動力学シミュレーションによる構造化オリゴエチレングリコール分子の挙動解明を進める。
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Research Products
(27 results)
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[Journal Article] A synthetic ion channel with anisotropic ligand response2020
Author(s)
Muraoka Takahiro、Noguchi Daiki、Kasai Rinshi S.、Sato Kohei、Sasaki Ryo、Tabata Kazuhito V.、Ekimoto Toru、Ikeguchi Mitsunori、Kamagata Kiyoto、Hoshino Norihisa、Noji Hiroyuki、Akutagawa Tomoyuki、Ichimura Kazuaki、Kinbara Kazushi
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Pages: 2924～2924
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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