レジリンを模倣するハイブリッドポリペプチドの創製と物性解析

• 研究課題/領域番号: 20K05637
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分35020:高分子材料関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 福岡 徳馬 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域 機能化学研究部門, 研究グループ長 (90415737)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: 弾性タンパク質 / 人工ポリペプチド / バイオエラストマー / レジリン / タンパク質 / 弾性高分子 / バイオベース材料 / 酸化カップリング

研究開始時の研究の概要

本研究では、レジリンの代表的な3種類の繰り返しアミノ酸配列（AQTPSSQYGAP等）がそれぞれ単一、または異種配列がブロック毎に繰り返されるハイブリッドポリペプチドを、生物学的重合法により合成する。続いて酸化還元酵素等を用いて、得られたポリペプチド中のチロシン残基の酸化カップリングを行い、種々の架橋ポリペプチドを得る。さらに架橋前後のポリペプチドからフィルム及びハイドロゲルを作製し、熱物性、機械的強度の評価、粘弾性測定等を行う。これらの解析結果からポリペプチドの構造－物性相関を明らかにし、天然レジリン以上の高復元力、高耐久性を示す最適構造のポリペプチドを提供する指針を得る。

研究成果の概要

本研究では昆虫の外骨格を形成する高弾性タンパク質である「レジリン」をモデルとした人工ポリペプチドの創製を目標としている。これまでの研究で、遺伝子工学的手法により、ハエやカに由来する異なる種類のレジリンの代表的な繰り返しアミノ酸配列（EI、Agと呼称）が連結したブロック共重合体状のハイブリッドポリペプチドの設計・合成に成功した。その中で、分子量4万前後の3種類のポリペプチド（EI16-Ag16、Ag16-EI16、Ag32）を選定し、その生産効率の向上に向けた条件検討を行った。また、得られたポリペプチドのキャストフィルムやハイドロゲルの作製と物性解析に取り組んだ。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、人工遺伝子を設計・合成し、宿主（大腸菌）内でこれを過剰発現させる「生物学的重合法」により、特定のアミノ酸配列を有する狙い通りの配列を持つポリペプチドの合成を行った。本手法によれば、鎖長、連鎖配列、立体構造が厳密に制御された「『単一』機能性高分子（人工ポリペプチド）」が得られるため、高弾性タンパク質として知られるレジリンを模倣した異なる配列のポリペプチドを創出できる。特に、異種のポリペプチドを自在に連結した非天然型のハイブリッドポリペプチドの設計・合成も可能となる。これらの構造－物性相関を明らかにすることができれば、新しいバイオ高分子弾性材料を提供する指針を得ることができる。