• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2015 年度 実施状況報告書

バイオトランジスタによるタンパク質翻訳後修飾の電気的検出

研究課題

研究課題/領域番号 15K05530
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

合田 達郎  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (20588347)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードバイオトランジスタ / 翻訳後修飾 / ヒストン / アセチル化 / 水晶発振振動子 / 電荷密度 / タンパク質吸着 / 核酸アプタマー
研究実績の概要

本研究では分子認識にともなう電荷密度変化を直接検出する「バイオトランジスタ」を用いて、生命現象に深く関わるタンパク質の翻訳後修飾を電気的に検出する手法を開発する。分子の電荷密度変化を直接測定することができる電位計測型バイオセンサーを用いて、翻訳後修飾によるタンパク質分子の電荷密度変化をラベルフリーで検出する新たな手法を開発した。バイオトランジスタと水晶発振振動子(QCM)センサーを統合し、「電荷」と「重量」という異なる物理パラメータを同時に検出することによって、遺伝子の転写調節を司るヒストンのアセチル化・メチル化をモデル系として、タンパク質翻訳後修飾の検出をおこなった。ヒストンのアセチル化はリジン残基の正電荷を奪い、DNAの転写を促す役割を担っており、転写異常は細胞のがん化と密接に関連している。
まず、精製ヒストンプロとマーとアセチル化試薬(Sulfo-NHS)を用いてアセチル化度の異なるヒストンを作製した。次に、半導体バイオセンサーによる電位測定により、界面電位変化から吸着したヒストンにともなう界面電荷密度変化ΔQを求めた。水晶発振振動子(QCM)法により得られるヒストン吸着量を用いてヒストンの電荷/重量比を求め、質量分析あるいは蛍光ラベル測定から得られたヒストンのアセチル化度との比較をおこなった。 その結果、ラベルフリー測定で求めた単位分子当たりの電荷密度がヒストンのアセチル化度に依存することが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度はヒストンのアセチル化度をモデルサンプルにおいて求めることには成功したが、実サンプルを用いた測定に手間取っている。その結果、当初予定のヒストンメチル化の実験には未着手である。

今後の研究の推進方策

ヒストンのアセチル化に関する実験を実サンプルを用いておこなう。ヒストンのアセチル化を担うHATの阻害剤や、ヒストンディアセチラーゼ(HDAC)阻害剤をヒト株化細胞に作用させ、アセチル化の異なるヒストンを細胞から抽出・回収する。HAT阻害剤としては、Anacardic acidやCurcuminを検討しており、HDAC阻害剤としては、ApicidinやTrichostatin Aを用いる予定である。上記の方法によって、ヒストンの電荷/重量比を求め、実サンプルにおけるヒストンのアセチル化度を評価する。
当初予定のヒストンメチル化の実験に取り組む。ヒストンのメチル化は電荷の変化をともなわない(-NH3-n+-Men、n=1-3)。そこで、メチル化のおこなわれていないリジン残基については化学的に電荷をラベルする手法を採用する。これは、以前、タンパク質の高感度電荷検出法として開発された手法であり(Goda, Anal. Chem. 2010, 82, 8946)、未修飾のリジン残基について選択的に負電荷へと電荷を変換する電荷ラベリング法である。アセチル化の実験と同様に、既存の方法との比較をおこない、メチル化度の定量的な検出をおこなう。
アルツハイマー病のバイオマーカーであるリン酸化タウタンパク質の評価に関するモデル実験をおこなう。トレオニン181、セリン199、セリン202、トレオニン205等のリン酸化によってタンパク質に付与された負電荷を直接検出することを試みる。チューブリンやアプタマー(Krylov, FEBS Lett, 2005, 579, 1371; Kumar, BioNanoSci, 2012, 2, 83)などタウタンパク質と特異的に結合するリガンドを電極に修飾し、高感度測定をおこなう。

次年度使用額が生じた理由

実験計画が遅れたことにより、物品購入費と旅費に関して主に繰り越しが生じた。

次年度使用額の使用計画

実サンプルを用いた実験や、ヒストンメチル化に関する実験を今年度に実施すること関して予算を使用する予定である。また、研究成果の外部発表に関しても予算の繰り越し分を使用する予定である。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Dual Aptamer-Immobilized Surfaces for Improved Affinity through Multiple Target Binding in Potentiometric Thrombin Biosensing2015

    • 著者名/発表者名
      Tatsuro Goda, Daiki Higashi, Akira Matsumoto, Toru Hoshi, Takashi Sawaguchi, Yuji Miyahara
    • 雑誌名

      Biosensors and Bioelectronics

      巻: 73 ページ: 174-180

    • DOI

      10.1016/j.bios.2015.05.067

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] アプタマートランジスタによるバイオセンシング2015

    • 著者名/発表者名
      合田達郎
    • 学会等名
      第25回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜市開港記念会館,横浜
    • 年月日
      2015-12-08 – 2015-12-10
  • [学会発表] DNA aptamer-based label-free protein sensing using extended gate field-effect transistors2015

    • 著者名/発表者名
      Goda T, Matsumoto A, Miyahara Y
    • 学会等名
      8th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2015)
    • 発表場所
      Toyama International Conference Center, Toyama Japan
    • 年月日
      2015-11-10 – 2015-11-13
    • 国際学会
  • [学会発表] 多点結合導入によるタンパク質/アプタマー相互作用の高感度電気的検出2015

    • 著者名/発表者名
      東大樹,合田達郎,松元亮,星徹,青柳隆夫,宮原裕二
    • 学会等名
      第64回高分子討論会
    • 発表場所
      東北大学川内キャンパス,仙台
    • 年月日
      2015-09-15 – 2015-09-17
  • [図書] ヘルスケアを支えるバイオ計測2016

    • 著者名/発表者名
      合田達郎,宮原裕二
    • 総ページ数
      258
    • 出版者
      シーエムシー出版

URL: 

公開日: 2017-01-06  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi