2019 Fiscal Year Research-status Report
Chemoenzymatic synthesis of peptide-based elastomers that mimicking elastomeric proteins
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19K15644
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
曽川 洋光 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (90709297)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 酵素重合 / ポリペプチド / シルクゲル / レジリエンス / ゲル化 / チロシン / 力学特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エラスチンやレジリンに代表される弾性タンパク質は、合成ゴムと同程度の弾性率を示しながらもそれを凌ぐ高い復元力を示す。本申請研究では化学酵素反応を利活用することで、弾性タンパク質中に頻出する鍵アミノ酸配列を模倣したポリペプチドを合成する。今年度は先述の鍵アミノ酸配列とし、グリシン-プロリン-グリシンのトリペプチド骨格を採用し、これとチロシンとの酵素共重合を検討した。プロテアーゼの一種であるパパインを触媒に用い、トリペプチドとチロシンのエチルエステル誘導体を、仕込み比を変えながら、リン酸緩衝溶液中、40℃の条件で反応させたところ、対応するポリペプチドが析出物として得られた。NMR、MALDI-TOF MS分析の結果、得られたポリペプチドは概ね仕込み比と一致した組成比からなる共重合体であることが分かった。次いで、得られたポリペプチドを蚕由来シルクの化学ゲル合成の架橋剤に応用し、ゲル化速度、力学特性を引張試験、動的粘弾性試験により評価した。その結果、(i) 架橋剤中のチロシン残基の割合が増加するに従いゲル化速度が速くなる、(ii) トリペプチド構造の割合が増加するに従いレジリエンスが向上することが明らかとなった。このことから、架橋剤中のアミノ酸配列を適切にチューニングすることで、得られるシルクゲルの異なるパラメータを同時に調節可能であることがわかった。加えて、得られたシルクゲルはポリペプチド架橋剤を添加した場合も、添加前とほぼ同程度の細胞毒性を示すことが分かった。
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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
弾性タンパク質中の鍵配列を模倣し、化学酵素重合により合成したグリシン-プロリン-グリシンのトリペプチド構造を有するポリペプチドが、シルクゲルの架橋剤として適用可能であり、またそのレジリレンスに影響を与えることが明らかとなったため。今回得られたゲルは、構成成分が主としてシルクであることから、その力学的性質はシルクに依存したものであったが、架橋剤として少量加えたポリペプチドがゲルの特性（ゲル化速度、レジリエンス）に影響を与えることが分かったことは、本研究の遂行する上で、非常に有意義な結果であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後もある種のマトリックスに対し、化学酵素重合により合成した弾性タンパク質模倣ペプチドを添加し、その力学特性に及ぼす影響を調査していく。引張試験や動的粘弾性試験に適切なフィルムやシリンダー状のサンプル調整が容易になると期待される。マトリクスとしては、天然ゴム、ポリウレタンをターゲットとし、検討していく予定である。
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