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能動輸送の実現に向けた化学エネルギー駆動型人工膜間物質輸送体の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23K17973
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分37:生体分子化学およびその関連分野
研究機関関西学院大学

研究代表者

佐藤 浩平  関西学院大学, 理学部, 准教授 (40825197)

研究期間 (年度) 2023-06-30 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2024年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードシステムズ・ケミストリー / 能動輸送 / 膜間物質輸送 / 両親媒性分子 / 脂質二重層
研究開始時の研究の概要

我々の体内の細胞膜上には濃度勾配に逆らってイオンを輸送できる,ポンプと呼ばれるタンパク質が存在し,生体内のエネルギー変換プロセスを司っている.本研究では,ATPaseの能動輸送機構に基づき,人工イオンチャネル分子に対して化学エネルギーの消費に伴って構造が変化する機能を付与することで,人工ポンプを実現するための足がかりを築く.

研究実績の概要

本年度は,化学エネルギーの消費に伴ってその構造を変化させる人工分子の合成を行った。具体的には,ジフェン酸部位を含んだオリゴフェニレンエチニレン骨格に対して2本のオクタエチレングリコール鎖を導入した新規交互両親媒性分子を合成した。なお,合成した分子は核磁気共鳴スペクトル(NMR)測定および高分解能質量分析によって化合物の帰属を行った。
続いて,合成した分子の化学エネルギー応答性について評価した。交互両親媒性分子をテトラヒドロフラン(THF)と水の混合溶液に溶解させたのち,1-(3-ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボジイミド塩酸塩(EDC)を添加してNMR測定を行ったところ,過渡的に酸無水物が生成し,その後加水分解によって自発的にジカルボン酸に戻る様子が観察された。さらに発光スペクトル測定を行ったところ,酸無水物の生成と加水分解に伴って交互両親媒性分子のオリゴフェニレンエチニレン骨格の周辺環境が変化している様子が示唆された。また,EDCが消費された後に再度EDCを添加することで再び同様の変化が生じることも確認することができた。以上の結果は,本研究で合成した交互両親媒性分子が当初の期待通りにEDCを化学エネルギーとして消費し,その構造を変化させていることを示唆している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初設計した多量体型の交互両親媒性分子そのものの合成にはまだ至っていないものの,その繰り返し単位であるジフェン酸部位含有分子の合成にはすでに成功している。また,そのEDC応答性とそれに伴う分子構造の変化を示唆する結果を得られたことから,本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

今後は,多量体型の交互両親媒性分子の合成を行うとともに,リン脂質からなる生体膜へと導入し,EDCに対する応答性とそれに伴う分子構造の変化を評価する。さらに,分子構造の変化に伴う膜間イオン透過能の発現を期待してその評価を行う。以上の実験を通じて人工ポンプを実現するための知見を収集していく予定である。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] University of Freiburg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Beyond Natural Channel Proteins: Recent Advances in Fluorinated Nanochannels2024

    • 著者名/発表者名
      Sato Kohei
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 40 号: 6 ページ: 2809-2814

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.3c03665

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transient control of lytic activity <i>via</i> a non-equilibrium chemical reaction system2024

    • 著者名/発表者名
      Sato Kohei、Nakagawa Yume、Mori Miki、Takinoue Masahiro、Kinbara Kazushi
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 16 号: 13 ページ: 6442-6448

    • DOI

      10.1039/d3nr06626f

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and properties of multiblock amphiphilic cyclophanes with chiral aromatic units2023

    • 著者名/発表者名
      Matsuda Ryoto、Otake Haruki、Sato Kohei、Kinbara Kazushi
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 55 号: 11 ページ: 1225-1229

    • DOI

      10.1038/s41428-023-00812-6

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automated Fast-Flow Synthesis of Chromosome 9 Open Reading Frame 72 Dipeptide Repeat Proteins2023

    • 著者名/発表者名
      Sato Kohei、Farquhar Charlotte E.、Rodriguez Jacob、Pentelute Bradley L.
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 145 号: 24 ページ: 12992-12997

    • DOI

      10.1021/jacs.3c02285

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] CLIP-Seq analysis enables the design of protective ribosomal RNA bait oligonucleotides against <i>C9ORF72</i> ALS/FTD poly-GR pathophysiology2023

    • 著者名/発表者名
      Ortega Juan A.、Sasselli Ivan R.、Boccitto Marco、Fleming Andrew C.、Fortuna Tyler R.、Li Yichen、Sato Kohei、Clemons Tristan D.、Mckenna Elizabeth D.、Nguyen Thao P.、Anderson Eric N.、Asin Jesus、Ichida Justin K.、Pandey Udai B.、Wolin Sandra L.、Stupp Samuel I.、Kiskinis Evangelos
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 9 号: 45

    • DOI

      10.1126/sciadv.adf7997

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] フッ素化人工チャネルの創成と機能開拓2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤浩平
    • 学会等名
      第69回高分子研究発表会(神戸)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Supramolecular polymers formed by peptide amphiphile enhance the maturation of human stem cell-derived neurons2023

    • 著者名/発表者名
      Kohei Sato
    • 学会等名
      IPC2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of synthetic molecules for material recognition and permeation in membranes2023

    • 著者名/発表者名
      Kohei Sato
    • 学会等名
      Biological Chemistry on Membranes - Understanding and Engineering -
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 固相フロー法によるジペプチドリピートタンパク質の合成2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤浩平
    • 学会等名
      第17回バイオ関連化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 固相フロー法による長鎖ペプチドの化学合成2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤浩平
    • 学会等名
      第72回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of totally synthetic membrane transporters and channels2023

    • 著者名/発表者名
      Kohei Sato
    • 学会等名
      第61回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2023-07-04   更新日: 2024-12-25  

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