2020 Fiscal Year Research-status Report
光駆動型ロールアップナノシートによるタンパク質フォールディング制御
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20K05250
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
亀田 直弘 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 (20517297)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 糖脂質 / ナノシート / アゾベンゼン / 光構造異性化 / 包接 / 放出 / タンパク質 / リフォールディング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
＜光刺激駆動型ロールアップナノシートの構築＞光構造異性化基としてアミノ‐アゾベンゼン‐カルボン酸、その両端に疎水基として長鎖アミノカルボン酸、片方の長鎖アミノカルボン酸のC端に親水基としてグルコースアミンを結合させた糖脂質を設計・合成した。糖脂質を水中で加熱還流後、室温まで徐冷した。糖脂質の水分散液をカーボングリッドにキャストし、真空乾燥後、電子顕微鏡観察を行ったところ、縦横数百ナノメートル四方のナノシートが観察された。粉末エックス線回折測定、赤外分光測定等により、ナノシートは、糖脂質が平行に配列した単分子膜からなり、片側表面がグルコース基、もう一方の表面が長鎖アミノカルボン酸のアミノ基で被覆された表裏非対称構造であることを明らかにした。また、原子間力顕微鏡観察により、ナノシートは完全な平面形態ではなく緩やかに湾曲していることを突き止めた。糖脂質片末端のグルコース残基が、逆末端のアミノ基より立体的に嵩高いため曲率が生じ、湾曲したものと考えられる。さらに、紫外光照射によるアゾベンゼン部位のトランス→シス構造異性化は、ナノシートのロールアップ化を、続く可視光照射によるシス→トランス構想異性化は、ロールアップナノシートの平面化を誘起できた。アゾベンゼン部位の光構造異性化に伴うナノシートのロールアップ化と平面化は、可逆的且つ繰り返し行うことが可能であった。
＜タンパク質リフォールディング促進機能の評価＞6 mol/l塩酸グアニジンによる化学変性で、蛍光を失活させた緑色蛍光タンパク質（GFP）共存下、上記ナノシートを5分間の紫外光照射によりロールアップ化した。この操作により、ロールアップナノシートに変性GFPを包接することができた。包接と同時にGFPの蛍光が回復、ロールアップナノシートがGFPのリフォールディングの場として機能することが明らかとなった。
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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
タンパク質のリフォールディングが可能な光駆動型ロールアップナノシートのプロトタイプの開発に成功したため。ロールアップナノシートのライブラリ構築に向けた分子設計や組織化手法の指針が得られたため。また、タンパク質の包接量、リフォールディング効率に関わる因子もいくつか明らかになったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度に引き続き、＜光刺激駆動型ロールアップナノシートの構築＞を実施する。ナノシートのロールアップ化時の曲率、延いてはロールアップナノシートに生じるナノチャンネルの径サイズ制御を目的とし、糖脂質末端に、グルコース以外の単糖の他、より立体的に嵩高い二糖、三糖を導入する。また、新たにアミノ酸脂質も設計・合成し、ナノシートの構築を試みる。アミノ酸側鎖の置換基の違いを利用し、曲率の精密制御を図る。包接時、変性タンパク質と接するナノシート表面に配置されるもう一方の脂質末端には、変性タンパク質と化学的相互作用（静電相互作用、疎水性相互作用、水素結合形成）が可能なイオン性官能基、水酸基、脂肪族基、芳香族基などを導入する。＜タンパク質リフォールディング促進機能の評価＞については、上述したロールアップナノシートのライブラリを用い、化学・熱変性させた分子量・サイズ・等電点・ジスルフィド結合の有無などが異なる種々のモデルタンパク質のリフォールディングを網羅的に行う。タンパク質の包接率、リフォールディング率に及ぼすナノシートの表面化学構造、ナノチャンネルの径サイズの影響を詳細に解析する。
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| Causes of Carryover |
当初、学会への参加・成果発表のため旅費（国内）を計上していたが、コロナ渦で当該学会が開催中止となったため。未使用額については、国際誌論文による成果発表に向け、原稿の英文校閲費（分類：その他）に利用する予定である。
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