Development of orthgonal liposomal fusion method using artificial phospholipids and its application

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K05160
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 岩崎 雄吾 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (50273214)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 秀雄 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (00237348)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: リン脂質 / リポソーム / タンパク質

Outline of Annual Research Achievements

脂質小胞融合は、細胞工学やリポソーム工学において重要な要素技術である。一般に同種小胞間の融合は異種間融合よりも起こりやすいが、異種小胞間での融合を人工リン脂質を用いて誘導できれば有用である。本課題では1.極性頭部に修飾を施した人工リン脂質を合成し、それを含有するリポソームにおいてリン脂質間の共有結合による直交型融合、2リポソーム上にタンパク質を結合させ、タンパクータンパク相互作用を利用したリポソーム融合を試み、異種間直交型融合を確立を目的とした。

1. 極性頭部にアジド基あるいはアルキン基を導入した人工リン脂質を合成した。また、リポソーム中でより安定とされるアルキル/アシル型リン脂質の新規合成法を開発した。合成した2種の人工リン脂質は水溶液中でクリック反応が進行することが確認できた。そこでアジド型、アルキン型リン脂質を別個にリポソームに組み込み、両者を混合してクリック反応を行った。しかしリポソーム融合を確認するには至らなかった。
2. リポソーム表面へのタンパク質結合のため、極性部にチオエステル基を結合させた人工リン脂質を合成した。チオエステル型リン脂質を含有するリポソームを調製し、N末端にシステインを持つモデルタンパクとN-to-S転移反応を行った。その結果、N末端Cys型タンパク質をリポソーム共有結合させることに成功した。
3. さらにリン脂質変換であるPLDを利用して自己触媒的にリン脂質と共有結合できないかを検討した。本酵素の触媒ポケット周囲を適当に変化させたモデル構造を計算科学的に複数作成し、MD計算によって自己触媒が進行すると予想されるものを選択した。変異酵素を調整して蛍光リン脂質と反応させたところ、一種類が変異体は蛍光リン脂質と結合した。この変異酵素をタグとして任意のタンパク質と融合させれば、リポソーム表面にアンカリングできる可能性がある。