ガス分子貯蔵と変換を目指した機能性リゾチーム結晶の創製

• 研究課題/領域番号: 12J07245
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 田部 博康 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円); 2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 蛋白質結晶 / 金属錯体 / 一酸化炭素 / 細胞評価 / 単結晶構造解析 / 生物無機化学 / カルボニル錯体 / シグナル伝達 / バイオガス分子 / リゾチーム / 生体ガス分子

研究実績の概要

一昨年度、昨年度達成した、リゾチーム結晶を用いた一酸化炭素（CO）分子の貯蔵と放出反応を利用し、本年度は細胞内部へのCOガス分子デリバリーを行った。また様々な金属錯体や蛋白質変異体結晶を利用することで、光応答型CO放出をはじめとするCO放出コントロールを試みた。
[1.　リゾチーム結晶複合体を用いた細胞へのCO分子導入] COは細胞内の転写因子NF-κBの活性およびその下流にある蛋白質の発現を制御することが報告されている。リゾチーム結晶とルテニウムカルボニル錯体からCO放出複合体を調製し、細胞へのCOガス導入材料として利用した。HEK293/kB-Fluc細胞を培養し、ここにリゾチーム結晶-Ru(CO)2複合体を加えた。一定時間培養後細胞を破砕し、ルシフェラーゼレポーターアッセイを行った。その結果、リゾチーム結晶-Ru(CO)2複合体を加えた細胞は強いルシフェラーゼ発光を示した。このことは、リゾチーム結晶-Ru(CO)2複合体から放出されたCO分子が細胞内に導入され、NF-κBを活性化したことを示唆している。
[2.　昆虫細胞多角体結晶を用いたCO放出材料の創製] 金属錯体を集積可能であるポリヒスチジンタグ（His-tag）を多角体に変異導入することで、大量のカルボニル錯体の貯蔵とCO放出を実現できる蛋白質結晶の創製を試みた。His-tag変異体結晶は野生型と比べ、ルテニウムカルボニル錯体を約２倍の効率で内部に集積し、約３倍のCOガスを放出することが明らかとなった。また、転写因子NF-κBを７倍の効率で活性化した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Preparation of a Cross-linked Porous Protein Crystal Containing Ru Carbonyl Complexes as a CO-releasing Material (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Tabe, Kenta Fujita, Satoshi Abe, Masahiko Tsujimoto, Takahiro Kuchimaru, Shinae Kizana-Kondoh, M. Takano, Susumu Kitagawa and Takafumi Ueno
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 54 号: 1 ページ: 215-220
  • DOI: 10.1021/ic502159x
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design of a CO-releasing Extracellular Scaffold using in-vivo Protein Crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Tabe, Takuya Shimoi, Kenta Fujita, Satoshi Abe, Hiroshi Ijiri, Masahiko Tsujimoto, Takahiro Kuchimaru, Shinae Kizaka-Kondoh, Hajime Mori, Susumu Kitagawa and Takafumi Ueno
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 44 号: 3 ページ: 342-344
  • DOI: 10.1246/cl.141035
  • NAID: 130004868381
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Porous Protein Crystals as Catalytic Vessels for Organometallic Complexes (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Tabe, Satoshi Abe, Tatsuo Hikage, Susumu Kitagawa and Takafumi Ueno
  • 雑誌名: Chemistry an Asian Journal 巻: 9 号: 5 ページ: 1373-1378
  • DOI: 10.1002/asia.201301347
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Artificial Metalloenzymes Constructed From Hierarchically-Assembled Protpeins (2013)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Ueno, Hiroyasu Tabe, Yuva Tanaka
  • 雑誌名: Chemistry Asian Journal 巻: (印刷中) 号: 8 ページ: 1646-1660
  • DOI: 10.1002/asia.201300347
  • 査読あり
• [学会発表] 蛋白質結晶への有機金属錯体集積による一酸化炭素ガス放出材料設計と細胞応答観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田部博康、下位卓也、藤田健太、安部聡、森肇、北川進、上野隆史
  • 学会等名: 第95日本化学会春季年会
  • 発表場所: 船橋
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] 蛋白質結晶への有機金属錯体配位設計と細胞応答観測への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田部博康、下位卓也、藤田健太、安部聡、森肇、北川進、上野隆史
  • 学会等名: 第63回錯体化学会討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-09-18 – 2014-09-20
• [学会発表] 蛋白質結晶への有機金属錯体配位設計と細胞制御への利用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田部博康・藤田健太・都倉優・安部聡・北川進・上野隆史
  • 学会等名: 第94日本化学会春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-03-27
• [学会発表] 有機金属化合物集積による蛋白質結晶の細胞機能制御材料としての利用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田部博康・藤田健太・都倉優・安部聡・北川進・上野隆史
  • 学会等名: 第62回錯体化学会詞論会
  • 発表場所: 琉球大学
  • 年月日: 2013-11-03
• [学会発表] 蛋白質結晶複合体を用いた機能性材料創製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田部博康
  • 学会等名: 京都大学―同志社大学交流シンホジウム
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2013-10-05
  • 招待講演
• [学会発表] 蛋白質結晶によるバイオガス分子放出細胞外マトリックスの分子設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田部博康・藤田健太・都倉優・安部聡・北川進・上野隆史
  • 学会等名: 第7回バイオ関連化学シンホジウム
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] 金属錯体-蛋白質結晶複合体を用いた機能性材料 : 化学反応から生体機能へ (2013)
  • 著者名/発表者名: 田部博康
  • 学会等名: 第49回錯体化学若手の会近畿支部勉強会
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 2013-09-21
  • 招待講演
• [学会発表] Protein Crystals as Catalytic Vessels for Organometallic Complexes (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Tabe. Satoshi Abe, Susumu Kitagawa. Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 1st Japan-Taiwan-Singapore Joint Symposium on Coordination Chemistry
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2013-06-28
• [学会発表] Post-Engineering of Protein Crystals to Construct Nano-sized Reaction Vessels (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Tabe. Satoshi Abe, Susumu Kitagawa. Takafumi Ueno
  • 学会等名: Royal Society of Chemistry-International Symposia for Advancing the Chemical Sciences
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2013-06-15
• [学会発表] 細胞外マトリックスを指向した蛋白質結晶への小分子放出機能導入の設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田部博康、藤田健太、都倉優、安部聡、北川進、上野隆史
  • 学会等名: 第93日本化学会年会
  • 発表場所: 立命館大学びわこ草津キャンパス(滋賀県)
  • 年月日: 2013-03-25
• [学会発表] Post-Engineering of Protein Crystals by the incorporation of metal complexes (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Tabe
  • 学会等名: The 1st University of Bristol-Kyoto University Symposium
  • 発表場所: ブリストル大学(英国)(招待講演)
  • 年月日: 2013-01-11
• [学会発表] Post-Engineering of Protein Crystals toward Cell-Material Science (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Tabe
  • 学会等名: Edinburgh Univ. MRC-CRM & Kyoto Univ. iCeMS Mini-symposium
  • 発表場所: エジンバラ大学(英国)(招待講演)
  • 年月日: 2013-01-07
• [学会発表] Post-Engineering of Protein Crystals to Construct Nano-Reaction Vessels (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Tabe, Yu Tokura, Satoshi Abe, Susumu Kitagawa, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 1st Kyoto Cell-Material Integration
  • 発表場所: 京都大学(京都)
  • 年月日: 2012-11-09
• [学会発表] 蛋白質結晶複合体を利用した生体ガス分子放出材料の設計 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田部博康、都倉優、安部聡、北川進、上野隆史
  • 学会等名: 第2回CSJフェスタ2012
  • 発表場所: 東京工業大学(東京)
  • 年月日: 2012-10-18
• [学会発表] カルボニル錯体配位蛋白質結晶を用いたガス分子放出材料の設計 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田部博康、都倉優、安部聡、北川進、上野隆史
  • 学会等名: 第62回錯体化学会討論会
  • 発表場所: 富山大学(富山)
  • 年月日: 2012-09-23
• [学会発表] 蛋白質結晶複合体を利用した生体ガス分子放出材料の分子設計 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田部博康、都倉優、安部聡、北川進、上野隆史
  • 学会等名: 第6回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
  • 年月日: 2012-09-08
• [学会発表] 蛋白質結晶への有機金属化合物集積によるガス分子放出材料の設計 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田部博康、北川進、上野隆史
  • 学会等名: 錯体化学若手の会夏の学校2012
  • 発表場所: 神戸セミナーハウス(兵庫県)
  • 年月日: 2012-08-05
• [学会発表] 蛋白質結晶への有機金属化合物集積によるガス分子放出材料の設計 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田部博康、都倉優、安部聡、北川進、上野隆史
  • 学会等名: 第61回高分子学会年次大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • 年月日: 2012-05-27
• [備考] 研究室Webページ
  • URL: http://www.ueno.bio.titech.acjp/
• [備考] 研究室Webページ
  • URL: http://www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/kitagawa-lab/
• [備考]
  • URL: http://www.ueno.bio.titech.ac.jp/index.html
• [産業財産権] 細胞内蛋白質結晶化を利用した金属融合材料の作成 (2014)
  • 発明者名: 上野隆史・田部博康
  • 権利者名: 東京工業大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-02-25