| Project/Area Number |
22KJ1138
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| Project/Area Number (Other) |
22J22861 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
恒川 英介 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | ペプチド / フォールディング / 自己集合 / 金属配位 / βシート |
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| Outline of Research at the Start |
クロスβ構造はアミロイドに見られる立体構造として有名であるが、この構造を精密に構築することは難しい。これまで、我々は短いペプチドと金属イオンの自己集合を利用してこのクロスβ構造に基づくペプチド錯体を構築してきた。本研究では、構築したペプチド錯体について、クロスβ構造が有する特有の一次元的な方向性や異方性に基づく機能や物性を見出す。具体的には、方向性を利用しナノチューブ構造を構築することで、一次元的なナノ空間を利用したホストーゲスト特性の創出を行っていく。また、本錯体群は結晶中での構築が確認されているため、極性結晶から生まれる非線形な光学的特性を見出していく。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではこれまで、単独では特定の配座へとフォールディングしないような短いペプチドと金属イオンによる自己集合によって、金属ペプチド鎖をβシート構造へと配座固定することで、βシートが一次元に集積したクロスβ性ペプチド錯体の単結晶中での精密構築を達成している。昨年度までに、部分的にD体を導入したペプチド分子を用い、有する凝集性を落とすことで、溶液中でのβシート構造の観察に近づくことができた。これらD体を含むペプチドの結晶構造からは4つのペプチドがβシートを形成している様子が確認されており、 間接的に溶液中で4量体のβシート構造が安定化されていることを示す結果となった。
今年度はこのような無限に会合するβシート性ペプチド錯体について、種々の条件検討を行うことで、 溶液中においてこれを4本鎖へと精密に制御することに成功した。一般的には多点水素結合により、凝集速度が著しく速いβシート構造において、ペプチド二つ、金属二つからなるような大環状構造を二つ集め、これらが絡まりを形成するように錯体を形成させることで、四本鎖のβシートを形成すると同時に、カテナンと呼ばれるトポロジカルな絡まりを有する分子を形成することに成功した。このカテナンの機械的な絡まりから生じる近接効果を利用することで、本来は会合数の制御が難しいβシート構造を定量的に四本鎖に制御できたと考えられる。
この無限に会合するモノマー分子をカテナン分子の絡まりを用いて四量体に制御する手法は、βシートの分子構造解析という分子生物学的な知見を広げるだけでなく、合成化学の分野においても新たなコンセプトになりうる考えており、多大な波及効果が期待できる。現在、論文投稿に向けて準備中である。
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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
当初計画していたβシートの溶液中での観察を、定量的に会合数を制御した上でNMR測定において分子レベルで解析することができたため。当初、無秩序な会合数が予想されていたβシートを観測する手段は、その他の分光学的な手法を用いて、さまざまなオリゴマー構造の平均像を観測する、というものに止まるであろうと考えていた。しかしながら、定量的な構築が可能になったことにより、その構造がNMRにて詳細に観測できるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策としては、まず、より会合数を増やしたβシート構造の溶液中での構築と観測を行っていきたい。現在、結晶構造中においてβシート構造からなる螺旋状のポリマー構造の構築に成功している。このらせん構造の溶液中での構築と観測手法の確立を進めていく。
また、これらと並行してβシート構造を精密構築することで得られる新たな機能発現を目指していきたい。その足掛かりとして考えているのが、βシートに囲まれた空間を利用したホストーゲスト化学への発展である。βシート構造は形成すると一種の壁として空間を隔てることができると考えている。この特性を利用してβシートに囲まれたナノ空間を定義し、ゲスト分子の包接という所属する研究室の研究分野に新たな設計をもたらしたい。
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