2021 Fiscal Year Research-status Report
Designer Melanin for Analyzing and Controlling Cells
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21K19045
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
上杉 志成 京都大学, 化学研究所, 教授 (10402926)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | ケミカルバイオロジー / メラニン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究開始までに、メラノーマ細胞に備わるメラニン生合成の仕組みを単純な合成小分子化合物でハイジャックし、人工メラニンを細胞内で合成する手法を見出した。2021年度は、この人工メラニン合成法を応用し、機能性メラニンの細胞内合成と細胞の操作を検討した。具体的には、磁性鉄錯体とL-チロシンを結合させた磁性チロシン誘導体でメラノーマ細胞を処理することにより細胞内に磁性を有する人工メラニンを合成することに成功した。一般的に、磁性有機小分子は磁性が小さく、外部磁場に応答するような大きな磁性を引き出すためには自己集合化や高分子化により分子サイズを大きくする必要がある。今回我々が合成した磁性チロシン誘導体も小分子単体では磁性が小さいが、メラノーマ細胞による酵素重合反応で分子サイズの大きな高分子に変換することで、磁性の大きな人工メラニンの合成に成功した。さらに、細胞内に磁性メラニンを合成したメラノーマ細胞を外部磁場存在下で培養すると、砂鉄のように磁力線に沿って培養皿に接着した。磁性小分子化合物を酵素反応で重合させ、外部磁場に応答する磁性材料を細胞内で合成する技術は報告例が無く、細胞制御の新たな技術として期待できる。
本手法は、色素産生細胞に限られることが問題点であった。通常、メラニン生合成は色素産生細胞に特異的である。そのため、本研究で開発した手法をあらゆる種類の細胞に展開していくことが困難になる。我々は、メラニン合成酵素チロシナーゼの遺伝子を非色素産生細胞に導入することで、この課題が解決できると考えた。メラニン合成能を持たないHEK293細胞にチロシナーゼ遺伝子を導入し、細胞内で磁性メラニンを合成させることに成功した。
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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
当初の計画では、人工メラニンを以下の二つの目的に利用する計画であった。（１）光反応性基を組み込んだ人工メラニンを利用して、メラニン周辺のタンパク質を捕捉する。（２）人工メラニンを利用して、細胞の性質を操作する。（１）については、さまざまな方法を試験したが明確な結果が得られなかった。（２）については、さまざまな分子を合成することで、当初の期待以上の成果を得ることができた。全体としてはおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
・細胞実験で使用することができる生体適合性の高いチロシン誘導体の設計が課題であった。今回設計した磁性チロシン誘導体は、磁性部位に鉄錯体を有している。この鉄錯体は水溶性に乏しく、鉄錯体を結合させたチロシン誘導体も培養液に溶けにくいため、細胞実験に用いるには適していなかった。種々検討を行った結果、鉄錯体、L-チロシン、L-アルギニンを組み合わせた誘導体が良好な水溶性と低い細胞毒性を併せ持つ磁性分子であった。今後、さらに分子設計を精査していくことで生体適合性に加え、小さな外部磁場でも応答する優れた磁気的性質の誘導体の開発も進めていく。
・磁性メラニンと外部磁場により発生した機械的な力が細胞の遺伝子発現に影響を与えているかどうかを調査する。すなわち、本研究で開発した手法がメカノバイオロジーに応用可能かを検証する予定である。
・磁性メラニンと外部磁場による細胞の力学的操作が組織や動物実験にも適用することができるかを検討する。磁性メラニンを用いた磁力による生命現象の操作の可能性を引き続き開拓していく予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルス感染拡大により、予定した通りに実験が遂行できなかったため。次年度に繰り越した金額は一部本プロジェクトを遂行するための人件費に補填し、その他は研究遂行を効率化するための消耗品や現有機器のメンテナンス費等に充てる。
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Research Products
(1 results)
