| 研究課題/領域番号 |
20K05636
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
土屋 康佑 京都大学, 工学研究科, 特定准教授 (40451984)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ポリペプチド / 双性イオン / セルロース / 酵素 |
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| 研究実績の概要 |
本申請課題では、セルロースの水素結合を切断することが可能なzwitterion構造を有する機能性ポリペプチドの分子設計および合成を行い、セルロースと特異的に相互作用して可塑化することが可能な新規zwitterion型機能性ポリペプチドの合成を行うことを目的としている。また、合成したポリペプチドを用いて、セルロース結晶との相互作用を解析し、セルロース結晶形態を制御することでセルロース複合材料の創製を行う。本年度は、化学酵素重合法を用いて、zwitterion構造を導入した様々なアミノ酸配列を持つポリペプチドの合成を行った。イミダゾリウム型のzwitterion構造を持つポリペプチドとしてGlyHis、GlyHisGly、GlyHisGluなどの反復配列を持つポリペプチドを化学酵素重合により合成し、ヒスチジンの側鎖をアルキル化およびアシル化することで目的のポリペプチドを得た。アシル化によるzwitterion構造への変換は転化率が55%程度であったが、アルキル化によるzwitterion構造への変換を行うことで90%以上の転化率が得られており、zwitterion構造の導入量を制御することが可能であった。合成したGlyHisGly配列を持つzwitterion型ポリペプチドをセルロース微結晶へ作用させると、原子間力顕微鏡により結晶束がより細かい結晶へ解離する様子が観察された。また、ポリペプチド処理後にセルロース結晶表面の弾性率が向上しており、広角X線散乱解析の結果から結晶構造の変化は見られなかったことから、ポリペプチドにより結晶表面の非晶層がポリペプチド処理により除去されていることが示唆された。また、物細胞にポリペプチドを作用させたところ、培養細胞に限定的ではあるもののセルロースネットワークがほぐれて大きな空孔が形成される様子が観察された。
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| 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
本年度は、酵素を用いた化学酵素合成によって様々な一次構造を有するzwitterion型ポリペプチドの合成に注力し、ヒスチジンを含んだ繰り返し配列をもつ複数のポリペプチド合成に成功している。プロトタイプであるGlyHisGlyの反復配列からなるzwitterion型ポリペプチドを用いて、in vitroおよびin vivoにおけるセルロース結晶との相互作用について解析を行ったところ、セルロース結晶構造を変えることなく微細な結晶へ解離する効果を見出しており、論文として発表した。また、ヒスチジンを含むポリペプチドの合成において、モノマーの配列やヒスチジン残基に導入した置換基の違いが得られるポリペプチドの重合度や二次構造へ大きく影響を与えることを見出しており、化学酵素重合を利用したポリペプチド合成に関する重要な知見を得た。この成果についても今後論文として発表する予定である。以上の成果から、最終目標であるポリペプチドを用いたセルロース複合材料の創製に向けて順調に研究が進捗していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに合成したzwitterion型ポリペプチドを用いて、植物細胞内のセルロースネットワークを解離する効果を見出しているが、植物培養細胞に限定的であり植物組織体への効果はまだ確認されていない。この理由として用いたポリペプチドのzwitterion構造の含有量が５５％程度であり、水素結合を介してセルロースと効果的に相互作用できていないことが考えられる。そこで、今後はzwitterion構造の導入量を向上した種々のポリペプチドを用いてセルロース結晶への影響を調べることで、効果的にセルロース結晶を解離する性能を示すポリペプチド構造の最適化を行う。特に、これまでに同程度のzwitterion含有量であっても配列の違いにより異なる二次構造を示すポリペプチドが合成できており、二次構造の違いがセルロースとの相互作用に与える影響についても明らかにしていく。また、イミダゾリウム型以外のzwitterion構造を持つポリペプチドの合成も行い、セルロース結晶に与える影響を調べる予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナウィルスの蔓延により、学会などの出張旅費が必要なくなった。また、年度途中で京都大学へ異動があったため、備品に計上していた物品を購入する必要がなくなった。翌年度へ繰り越した助成金は研究の迅速化を図るため、合成と材料評価に必要となる試薬および消耗品類の購入に充てる予定である。
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