Design of biomembrane penetrating protein and their membrane/encapsulation reaction control

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14654
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
• Research Institution: Kanazawa University (2022); Fukui Prefectural University (2021)
• Principal Investigator: Sakae Hiroki 金沢大学, 物質化学系, 助教 (00779895)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 液液界面 / 生体膜模倣界面 / 分光電気化学 / 生体関連物質 / 細胞膜透過性ペプチド / 薬剤キャリア / 分子包接 / フェリチン

Outline of Final Research Achievements

Molecular encapsulation property and interfacial reaction behavior of ferritin, which is a strage protein, were studied in aqueous solutions and at polarized liquid|liquid interfaces as a model of biomembrane through the spectroelectroscopic method. The interaction between ferritin subunits and substances significantly contributed to the encapsulation behavior. On the other hand, a new problem that phase transfer (membrane permeation) of ferritin does not occur arose. Cell-penetrating peptides (CPP) have been used to solve this problem. The membrane permeation mechanism of a novel CPP, ε-poly-L-α-lysine, was elucidated through a fluorescent labeling.

Free Research Field

界面分析化学, 分光電気化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

限定された手法の中ではあるがフェリチンの薬剤キャリアとしての可能性を見出した。包接効率に寄与する要因を明らかにし、モデル反応場を用いて色素を包接させることでフェリチンの界面反応機構を解析する方法論を示すことができた。フェリチンを薬剤キャリアとして利用する際の課題を明示し、その解決法の一つとして細胞膜透過性ペプチド（CPP）修飾を提案した。これまで未解明であったCPPの膜透過機構を分光電気化学的に明らかにし、本来膜透過性を示さない物質の膜透過も達成した。本研究成果は、CPPやフェリチンを利用した高度なドラッグデリバリーシステムの展開が期待できる。