2013 Fiscal Year Annual Research Report
タンパク質輸送を制御する －場の環境変化を利用した膜による能動制御－
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25709010
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小宮 敦樹 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (60371142)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | タンパク質 / 物質移動 / 物質流束 / 機能性膜 |
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| Research Abstract |
本研究では，マイクロチャネル群を有する膜を用いて，タンパク質の物質輸送制御技術を確立し，物質移動量と周囲環境との関連性を評価する．タンパク質が特異に有する構造的特徴を利用することで，周囲環境応答性透過膜にタンパク質の諸性質と相互作用を及ぼす機能を持たせ，物質移動量を能動制御する．研究初年度の本年度は，タンパク質物質移動と相互作用を及ぼす周囲諸条件の検討を行い，透過膜製作に向けた条件の検討およびデザインを行うことを具体目標とし，研究フェーズの初期ステップとなる「条件検討」および「膜の製作」に重点を置いて研究を進めた．研究実施に先立ち，研究代表者が有するマッハツェンダー型位相シフト干渉計に改良を施し，またCCDカメラを高解像度用に変えることで，サブマイクロオーダーの空間的超高解像度で計測が可能なシステムを構築した．
「条件検討」では，先行実験としてこれまでの研究で測定を行っていない諸条件でタンパク質の非定常拡散場観察実験を行い，物質移動現象と強相互作用を示す条件パラメータの検討およびその範囲を明らかにした．また，これらの結果を用いて束縛拡散を実施し，初期段階の条件として，物理的空間を制御した実験および電場をかけた実験を実施した．これにより物質流束を自由拡散比で40%程度まで制御できることを明らかにした．
「膜の製作」においては，物質材料工学専門の海外研究協力者の協力のもと，タンパク質が強相互作用を及ぼす環境条件に顕著な応答性を有する材料の選定を行い，ポリマー高次構造を基礎とした膜のデザインを具体化した．このデザインを基に今年度は3種類のサンプル膜を作成した．今後は，それらのサンプル膜を用いて束縛拡散を実施していく予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究初年度の本年度は，具体目標としてタンパク質物質移動と相互作用を及ぼす周囲諸条件の検討を行い，透過膜製作に向けた条件の検討およびデザインを行うことを挙げていたが，本年度内に束縛拡散の実施までを行うことができ，本年度の研究は計画以上に進展したと評価できる．実験条件として，物理的空間を制御した実験および電場をかけた実験を実施することができた．これは，「膜の製作」フェーズにおいて，海外研究協力者との議論がスムーズに進展したためである，材料の選定を比較的短期間で選定することができ，またその製作過程も海外研究協力者の積極的な協力があり，束縛拡散実験実施を早期実現へと繋がった．これにより，束縛拡散条件下における物質流束を定量的に評価することができ，次年度実施予定の研究に貴重なデータを提供することができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の遂行状況が計画より進展していることから，実験のスケジュールを前倒しにし，より多くのパラメータを用いた実験を展開する．一方では，本年度の実験で，現在の拡散場形成セルでは膜近傍の微小領域拡散場を精緻に計測できない問題点が明らかとなった事実もある．研究進捗状況を計画的に遂行するには，この点を克服していかなければならない．得られた実験結果を基に，周囲環境の諸条件がタンパク質物質輸送現象に及ぼす影響を整理・評価し，次年度以降に予定しているin vivo環境での制御可能性の検討に向けた実験データの蓄積を行う．
あわせて，海外研究協力者との議論も継続し，単一レイヤー膜のみではなくマルチレイヤーの概念も含めた複数種の膜製作を行っていく．物質材料工学的観点では，マイクロスケールの発泡系構造体の製作は日進月歩であり，今後も当研究の目的に適した膜の製作方法や構造が開発されることが予想される．それにリアルタイムで対応するためにも，定期的な議論を継続する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度はCCDカメラを既存のカメラから高解像度カメラに変更し，パラメトリックな実験を実施した．ここから得られた結果をもとに高感度カメラへの置換を計画し，購入を予定していたところであるが，その仕様選定に時間を要したこと，およびその仕様に適合したカメラが市販されているかの調査にも時間を要したことから，高感度カメラの購入を翌年度に変更した．これにより次年度仕様額が生じることとなった．カメラ本体は1,500千円を想定しており，周辺機器を含めて2,000千円程度の物品となると考えている．
上述のように，高感度カメラの調査を早期に行い，本年度夏期の納品を計画している．カメラ本体の想定額が大きく変わることも予想されるので，翌年度請求分の研究費と合わせて購入を検討する．
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