Development of organellar selective biopharmaceutical delivery platforms comprising of reactive oxygen species triggered degradable polypeptides

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15401
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Kawasaki Riku 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (40836194)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ポリペプチド / 自己組織化 / ナノ材料 / 刺激応答性ナノ材料 / タンパク質医薬品 / ゲノム編集

Outline of Final Research Achievements

To develop organellar selective biopharmaceutics delivery platforms, the applicant designed and synthesized several types of nanomaterials using polypeptides including nanoaggregate and polyion complex vesicle (PICsome). First, we developed reative oxygen species (ROS) triggered degradable nanoaggregate using oligoproline containing peptides. Here, ROS are generated by chloroplast via photosynthesis and mitochondria via oxidative phosphorylation in plants. Our system comprising of oligoproline containing peptides exhibited sensitivity against physiologically relevant level of ROS, which is generated by photosynthesis, suggesting current system is applicable as chloroplast selective release of cargo molecules. We next addressed genome editing based on RNP using cell penetrating peptides modified PICsome. Delivered RNP could induce genome editing against host genome in plant cells by enhancing the efficiencies of cytosolic delivery of RNP.

Free Research Field

ナノバイオサイエンス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により開発したオリゴプロリンペプチドからなるナノ粒子や膜透過性ペプチドを提示したポリイオンコンプレックスベシクルはその内部に低分子から核酸、タンパク質を安定に内包できる送達基盤材料としての高いポテンシャルを示した。特にオリゴプロリンペプチドからなるナノ粒子は葉緑体の光合成に応答して内包薬剤を選択的に放出できる。また膜透過性ペプチドを提示したポリイオンコンプレックスベシクルはその内部にCRISPR/Cas9 gRNA複合体を封入し、植物カルスへと導入することでゲノム編集を実現した。これらの方法は植物体の種類を選ばないオルガネラ改変技術やゲノム編集技術として学術的・社会的意義が高い。