2021 Fiscal Year Research-status Report
zwitterion構造を持つポリペプチドによるセルロースの可塑化と複合体形成
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20K05636
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
土屋 康佑 京都大学, 工学研究科, 特定准教授 (40451984)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ポリペプチド / 酵素 / 双性イオン / セルロース / 細胞壁 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題では、セルロースの水素結合を切断することが可能なzwitterion構造を有する機能性ポリペプチドの分子設計および合成を行い、セルロースと特異的に相互作用して可塑化することが可能な新規zwitterion型機能性ポリペプチドの合成を行うことを目的としている。また、合成したポリペプチドを用いて、セルロース結晶との相互作用を解析し、セルロース結晶形態を制御することでセルロース複合材料の創製を行う。本年度は、前年度に設計したヒスチジン残基を周期的に含有する種々の反復配列ポリペプチドの酵素合成を行い、得られたポリペプチドの形成する高次構造と物性に関する相関について調べた。ヒスチジンを含む２残基および３残基の反復配列の違いにより二次構造が変化することが明らかとなり、結果としてポリペプチドの物性にも違いが生じた。また、反復配列を持つポリペプチドの合成を行う上で、ヒスチジン含有オリゴペプチドモノマーの化学酵素重合による合成において配列特異的な重合挙動を示すことが明らかとなり、酵素を利用したポリペプチド合成における重要な知見を得た。合成したヒスチジン含有ポリペプチドをzwitterion構造へ変換することにより、セルロース微結晶を解離する効果を確認した。ポリペプチドの配列により、セルロース結晶に対する効果に違いが現れることが分かった。以上のzwitterion構造を持つポリペプチドのセルロース解離効果の応用として、植物細胞壁の可塑剤として用いることで植物細胞への遺伝子輸送効率の向上を図った。予備的な実験として、zwitterion構造を持つイオン液体で処理することにより、植物細胞への遺伝子導入効率が最大で２倍程度向上していることが分かった。現在、植物細胞壁を効果的に可塑化するのに最適な配列を有するzwitterion型ポリペプチドを模索している段階である。
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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
本年度は、前年度に化学酵素重合法により合成した様々な反復配列を有するヒスチジン含有ポリペプチドについて、ポリペプチドの形成する二次構造と物性の相関に関する知見を得た。アミノ酸配列の違いにより得られる二次構造の違いは、zwitterion型ポリペプチドへ変換した後のセルロースとの相互作用に大きく影響を与えることも明らかとなっており、最終目標であるポリペプチドを用いたセルロース複合材料の創製に向けて重要な知見が得られつつある。以上のヒスチジンを含むポリペプチドの化学酵素合成と構造解析結果について、成果をまとめた論文の投稿を行った。また、応用の一つとして、植物細胞への遺伝子輸送の際の植物細胞壁の可塑化剤としての利用に関して重要な成果が得られている。植物の改変技術として、合成したzwitterion型ポリペプチドの有用性を示す成果であり、これまでの進捗状況と合わせて研究は順調に進行していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は予備的な実験として、zwitterion型のイオン液体で処理することで植物細胞壁のセルロースネットワークを緩め、植物細胞への遺伝子導入効率を向上する結果が得られている。今後は、これまでに合成した種々のzwitterion型ポリペプチドによる植物細胞壁の解離効果を調べ、植物への遺伝子導入に最適な構造の模索を行う。また、イミダゾリウム型以外のzwitterion構造を持つポリペプチドの酵素による合成も進めており、これらの新規zwitterion型ポリペプチドがセルロース結晶に与える影響を調べ、セルロースとの複合化を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
本年度は他の競争的資金により備品購入ができたため、物品費を大幅に節約することができた。一方で、次年度に実験室の増設を行い、新たな実験機器が必要となるため次年度の物品費に使用する予定である。
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Research Products
(9 results)
