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2022 年度 実績報告書

生体内トラフィッキングを制御する分子集積ウイルスレプリカの創製

研究課題

研究課題/領域番号 22H02199
配分区分補助金
研究機関鳥取大学

研究代表者

松浦 和則  鳥取大学, 工学研究科, 教授 (60283389)

研究分担者 佐々木 善浩  京都大学, 工学研究科, 准教授 (90314541)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードウイルスレプリカ / 生体内トラフィッキング / エンベロープ / ヘマグルチニン / 血液脳関門
研究実績の概要

脳などの特定臓器・特定細胞・特定オルガネラへトラフィッキングする人工材料を構築できれば、革新的なドラッグデリバリー材料として有用であるが、これまでそのようなウイルス模倣材料を創製した例は無い。本研究では、研究代表者が培ってきた「化学ウイルス学」に基づいた機能性分子修飾人工ウイルスキャプシドの構築技術を駆使して、脳内・標的細胞・細胞内標的部位へトラフィッキング制御する分子集積ウイルスレプリカを化学の力で創製することを目的としている。
今年度は、エンベロープ型人工ウイルスキャプシド上に、無細胞発現系を用いて、ヘマグルチニン(HA)を搭載した「インフルエンザウイルスレプリカ」を創製した。HA発現は、SDS-PAGEおよび抗HA抗体を用いたウエスタンブロッティングにより確認し、HAがエンベロープ上に搭載されていることを、抗HA抗体と金ナノ粒子ラベル二次抗体を用いたTEM観察により明らかにした。さらに、ヘマグルチニン搭載ウイルスレプリカの分子認識能を、糖脂質GM3を電極上に固定化した水晶発振子マイクロバランス(QCM)を用いて定量解析し、100 nMオーダーでGM3に選択的に結合することを明らかとした。
また、効率的な新規ウィルスレプリカ作製手法の開発ならびにウィルスレプリカに対する組織、細胞への標的指標性の付与、などもおこなった。具体的には、ウィルスレプリカ作製に際して、新たに開発した脂質膜透過法を用い、脂質膜を効率的にコア微粒子に被覆する手法を見出した。標的指標性の付与を目的として磁性ナノ粒子を脂質膜と複合化する手法を開発した。さらに、複数の膜タンパク質を単一のウィルスレプリカに搭載するための手法の開発を目的として、固相合成法により脂質膜被覆微粒子に対して複数の膜タンパク質を簡便に搭載することが可能であることを予備的に明らかにした。

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

現在までに、無細胞発現系を用いて、細胞間ギャップジャンクションを形成する膜タンパク質であるコネキシン-43を搭載したウイルスレプリカを創製し、コネキシン発現ジャイアントリポソームやHepG2細胞へのギャップジャンクションを介した蛍光色素の輸送が可能であることを実証している(RSC Chemical Biology, 2022, 3, 231)。また、同様の手法で、ヘマグルチニン(HA)を搭載した「インフルエンザウイルスレプリカ」の創製に成功し、リガンドであるGM3含有脂質二分子膜への結合を確認している。このように、エンベロープ型人工ウイルスキャプシドに対して無細胞発現系を使用することにより、様々な機能性膜タンパク質を搭載したウイルスレプリカの創製が順調に進行している。その他にも、リボヌクレアーゼSを搭載した人工ウイルスキャプシドが細胞内RNAをある程度分解することで抗がん活性を示すこと(ChemBioChem, 2022, 23, e202200220)や、表面をBODIPY修飾した人工ウイルスキャプシドがπ-πスタッキングにより安定化すること(Chemistry Letters, 2022, 51, 1087) を見出し論文発表している。
ウィルスレプリカ作製においては、今後、エンベロープを効率的に付与する手法の確立も求められる。そのための新たな手法として、密度勾配溶液中に作製した脂質膜層に対してナノ微粒子を透過させることで脂質膜を被覆する脂質膜透過法(Small, 2023, 19, 2206153)や、ウィルスレプリカのエンベロープに対して、磁性ナノ粒子をハイブリッドし、磁気誘導能を付与することが可能となる新たな手法(Nanoscale Advances, 2022, 4, 1999-2010)を見出し、これらを論文発表している。

今後の研究の推進方策

本年度構築したヘマグルチニン搭載ウイルスレプリカのシアリルラクトース発現細胞であるヒト肝癌由来細胞株HepG2への取込過程をCLSMにより観察し、抗がん剤などの薬物送達能を検討する。また、コロナウイルススパイクタンパク質搭載ウイルスレプリカのACE2レセプターへの結合を介した細胞内取り込みについても、CLSM観察やフローサイトメトリーにより詳細に検討し、ウイルスの細胞への感染機構のモデルとしての有用性を検証する。また、血液脳関門(BBB)シャトルペプチドを提示した人工ウイルスキャプシドにDOTAP/DOPC脂質を複合してBBBシャトルペプチド提示エンベロープ型ウイルスレプリカを構築する。DLSおよびTEMによるナノ構造評価に加え、ヒトトランスフェリンレセプターとの結合を QCMなどにより定量的に解析する。また、BBB キットを用いて、ラット由来脳内皮細胞・ペリサイト・アストロサイトをメンブレンフィルター上に再構成し、in vitroでのBBBシャトルペプチド提示エンベロープ型ウイルスレプリカのBBB通過能を評価する。さらに、核輸送シグナルペプチドやミトコンドリア移行シグナルペプチドを修飾したウイルスレプリカの創製も検討し、細胞内トラフィッキングの制御を達成したいと考えている。
無細胞発現系を用いて、ヘマグルチニンやコロナウイルススパイクタンパク質などの膜タンパク質をウィルスレプリカに搭載できることを明らかにしてきたが、新たに開発した膜タンパク質固相合成により、これらの膜タンパク質の多段階合成が可能であることを予備的に見出している。今後、この手法をさらに展開し、コロナウィルスが保持する感染関連膜タンパク質や膜融合性の膜タンパク質などを複数種類、効率的に搭載したウイルスレプリカの作製について検討を行う。

  • 研究成果

    (45件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] A Facile Method to Coat Nanoparticles with Lipid Bilayer Membrane: Hybrid Silica Nanoparticles Disguised as Biomembrane Vesicles by Particle Penetration of Concentrated Lipid Layers2023

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke. Mizuta, Fumihiko Inoue, Yoshihiro Sasaki, Shin-ichi Sawada, Kazunari Akiyoshi
    • 雑誌名

      Small

      巻: 19 ページ: 2206153

    • DOI

      10.1002/smll.202206153

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Embedding a Membrane Protein into an Enveloped Artificial Viral Replica2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Furukawa, Hiroshi Inaba, Yoshihiro Sasaki, Kazunari Akiyoshi, and Kazunori Matsuura
    • 雑誌名

      RSC Chemical Biology

      巻: 3 ページ: 231-241

    • DOI

      10.1039/D1CB00166C

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Anticancer activity of reconstituted ribonuclease S-decorated artificial viral capsid2022

    • 著者名/発表者名
      Yingbing Liang, Hiroto Furukawa, Kentarou Sakamoto, Hiroshi Inaba, and Kazunori Matsuura
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: 23 ページ: e202200220

    • DOI

      10.1002/cbic.202200220

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stabilization of Artificial Viral Capsid Using Surface Modification with BODIPY2022

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Matsuura, Satomi Yano, Haruka Ohtani, Risako Kobayashi, and Hiroshi Inaba
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 51 ページ: 1087-1090

    • DOI

      10.1246/cl.220398

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 化学合成したペプチドから人工ウイルスカプシドを創る2022

    • 著者名/発表者名
      松浦和則
    • 雑誌名

      医学のあゆみ

      巻: 280 ページ: 916-921

  • [雑誌論文] 膜タンパク質を搭載した人工ウイルスレプリカの創製2022

    • 著者名/発表者名
      古川寛人,松浦和則
    • 雑誌名

      細胞

      巻: 54 ページ: 40-42

  • [雑誌論文] エンベロープ型ウイルスレプリカへの膜タンパク質の搭載2022

    • 著者名/発表者名
      古川寛人,松浦和則
    • 雑誌名

      BIO Clinica

      巻: 37 ページ: 1244-1247

  • [雑誌論文] 化学合成したペプチドからウイルスのようなナノカプセルを創る2022

    • 著者名/発表者名
      松浦和則
    • 雑誌名

      化学と教育

      巻: 70 ページ: 582-585

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reversible conjugation of biomembrane vesicles with magnetic nanoparticles using a self-assembled nanogel interface: single particle analysis using imaging flow cytometry2022

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke. Mizuta, Yoshihiro Sasaki, Kiyofumi Katagiri, Shin-ichi Sawada, Kazunari Akiyosh
    • 雑誌名

      Nanoscale Advances

      巻: 4 ページ: 1999 - 2010

    • DOI

      10.1039/D1NA00834J

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fusogenic Hybrid Extracellular Vesicles with PD-1 Membrane Proteins for the Cytosolic Delivery of Cargos2022

    • 著者名/発表者名
      Raga Ishikawa, Shosuke Yoshida, Shin-ichi Sawada, Yoshihiro Sasaki, Kazunari Akiyoshi
    • 雑誌名

      Cancers

      巻: 14 ページ: 2635

    • DOI

      10.3390/cancers14112635

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Embedding a Membrane Proteins into an Enveloped Artificial Viral Replica2023

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Matsuura, Hiroto Furukawa, Hiroshi Inaba
    • 学会等名
      Physical Virology, Gordon Research Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] がん抗原提示エンベロープウイルスレプリカ(1):複合体の創製とナノ構造2023

    • 著者名/発表者名
      古川寛人,伊藤啓太,稲葉央,真鍋良幸,大島志乃,亀谷美恵,深瀬浩一,松浦和則
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] がん抗原提示エンベロープ型ウイルスレプリカ(2):免疫学的評価2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤啓太,古川寛人,真鍋良幸,大島志乃,亀谷美恵,稲葉央,松浦和則,深瀬浩一
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] アルキルアンカーを有する人工ウイルスキャプシドによるジャイアントリポソーム内部への出芽2023

    • 著者名/発表者名
      平原未海,坂本健太郎,古川寛人,稲葉央,松浦 和則
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] 機能性膜タンパク質を搭載したエンベロープ型ウイルスレプリカの創製2022

    • 著者名/発表者名
      古川寛人,宮田健伸,中村圭吾,稲葉央,佐々木善浩,秋吉一成,松浦和則
    • 学会等名
      第 71 回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 抗がん活性を有する再構成型リボヌクレアーゼ S 修飾人工ウイルスキャプ シドの創製2022

    • 著者名/発表者名
      梁応冰,太田純平,古川寛人,坂本健太郎,稲葉 央,松浦 和則
    • 学会等名
      第 71 回高分子学会年次大会
  • [学会発表] Artificial Virus-like Materials constructed by Self-assembly of Peptides2022

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Matsuura
    • 学会等名
      FIBER International Summit for Nucleic Acids 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] シアリルラクトース修飾人工ウイルスキャプシドの創製とヘマグルチニンとの相互作用2022

    • 著者名/発表者名
      矢野智美,稲葉央,長尾匡憲,三浦佳子,松浦和則
    • 学会等名
      第32回バイオ・高分子シンポジウム
  • [学会発表] RNase S修飾人工ウイルスキャプシドの細胞内導入と抗がん活性2022

    • 著者名/発表者名
      松浦和則,梁応氷,坂本健太郎,古川寛人,稲葉央
    • 学会等名
      第32回バイオ・高分子シンポジウム
  • [学会発表] エンベロープ型ウイルスキャプシドの細胞内導入と取込機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      古川寛人,木村優菜,稲葉央,佐々木善浩,秋吉一成,松浦和則
    • 学会等名
      第32回バイオ・高分子シンポジウム
  • [学会発表] 自己複製人工ウイルスキャプシドの創製に向けた mRNA 内包人工ウイルスキャプシドの設計と構築2022

    • 著者名/発表者名
      坂本健太郎,稲葉央,岩崎 崇,松浦 和則
    • 学会等名
      第32回バイオ・高分子シンポジウム
  • [学会発表] シアリルラクトースを表面提示した人工ウイルスキャプシドの創製2022

    • 著者名/発表者名
      矢野智美,稲葉央,長尾匡憲,三浦佳子,松浦和則
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
  • [学会発表] コネキシン搭載ウイルスレプリカを用いたリポソーム・細胞への分子輸送2022

    • 著者名/発表者名
      古川 寛人,石川 唯也,稲葉 央,佐々木 善浩,秋吉 一成,松浦 和則
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
  • [学会発表] ギャップジャンクション形成膜タンパク質 を 搭載 した ウイルスレプリカ を用いた リポソーム ・ 細胞への分子輸送2022

    • 著者名/発表者名
      古川寛人,稲葉央,佐々木善浩,秋吉一成,松浦和則
    • 学会等名
      第16回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 疎水性相互作用を介したエンベロープ型人工ウイルスキャプシドの創製2022

    • 著者名/発表者名
      平原未海,坂本健太郎,古川寛人,稲葉央,松浦和則
    • 学会等名
      第16回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] ペプチドから走光性材料やウイルスレプリカを創る2022

    • 著者名/発表者名
      松浦和則,古川寛人,八田健志,稲葉央
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会 15.0
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular Transport from Enveloped Viral Replica Embedded with connexin into Liposomes and Cells2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Furukawa, Hiroshi Inaba, Yoshihiro Sasaki, Kazunari Akiyoshi, Kazunori Matsuura
    • 学会等名
      第59回ペプチド討論会
  • [学会発表] Design of artificial viral capsid encapsulating mRNA to endow self-replicability2022

    • 著者名/発表者名
      Kentarou Sakamoto, Hiroshi Inaba, Takashi Iwasaki, Kazunori Matsuura
    • 学会等名
      第59回ペプチド討論会
  • [学会発表] 化学でウイルスレプリカを合成する2022

    • 著者名/発表者名
      松浦和則
    • 学会等名
      2022年 繊維学会秋季研究発表会
    • 招待講演
  • [学会発表] 機能を有する膜タンパク質を搭載したエンベロープ型ウイルスレプリカの構築2022

    • 著者名/発表者名
      古川寛人,宮田健伸,中村圭吾,稲葉央,澤田晋一, 佐々木善浩,秋吉一成,松浦和則
    • 学会等名
      2022年 繊維学会秋季研究発表会
  • [学会発表] β-Annulusペプチドからなる人工ウイルスキャプシドの細胞内発現2022

    • 著者名/発表者名
      山本優香,坂本健太郎,稲葉央,松浦和則
    • 学会等名
      2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
  • [学会発表] インフルエンザウイルス捕捉材料としてのシアリルラクトース修飾人工ウイルスキャプシドの創製2022

    • 著者名/発表者名
      矢野智美,稲葉央,長尾匡憲,三浦佳子,松浦和則
    • 学会等名
      2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
  • [学会発表] BBBシャトルペプチド提示人工ウイルスレプリカの創製2022

    • 著者名/発表者名
      大谷悠佳,稲葉央,坂本健太郎,松浦 和則
    • 学会等名
      2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
  • [学会発表] 膜タンパク質を搭載したエンベロープ型ウイルスレプリカの創製2022

    • 著者名/発表者名
      古川寛人,中村圭吾,稲葉央,澤田晋一,佐々木善浩,秋吉一成,松浦和則
    • 学会等名
      第6回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] RNase S-decorated Artificial Viral Capsid Self-assembled from beta-Annulus Peptide2022

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Matsuura, Yingbing Liang, Hiroto Furukawa, Kentarou Sakamoto, Hiroshi Inaba
    • 学会等名
      The 17th Pacific Polymer Conference (PPC-17)
    • 国際学会
  • [学会発表] 自己組織化ナノゲルをインターフェイスとする細胞外小胞と磁気微粒子複合体の単一粒子解析と機能評価2022

    • 著者名/発表者名
      水田涼介, 澤田晋, 佐々木善, 秋吉一成
    • 学会等名
      第 71 回高分子学会年次大会
  • [学会発表] がん治療へ向けた一本鎖抗体組込リポソームの設計と特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      澤田晋一, 中村圭吾, 佐々木善浩, 秋吉一成
    • 学会等名
      第 71 回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 胞透過法による生体膜ハイブリッド微粒子の構築と特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      右京慶吾, 佐々木善浩, 澤田晋一, 秋吉一成
    • 学会等名
      第 71 回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 細胞膜上への生体分子提示のための両親媒性コポリマーの設計と機能2022

    • 著者名/発表者名
      定浪裕大, 澤田晋一, 佐々木善浩, 秋吉一成
    • 学会等名
      第 71 回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 生体膜-無機ハイブリッドマテリアル:無機微粒子複合化による生体膜小胞の機能制御2022

    • 著者名/発表者名
      水田涼介, 澤田晋, 佐々木善, 秋吉一成
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
  • [学会発表] 生体膜への両親媒性ポリマーの複合化解析と生体分子アンカーとしての機能評価2022

    • 著者名/発表者名
      定浪裕大, 水田涼介,澤田晋一, 佐々木善浩, 秋吉一成
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
  • [学会発表] ナノ微粒子への生体膜ハイブリッド手法の創出と膜特性・機能評価2022

    • 著者名/発表者名
      右京慶吾, 澤田晋一, 金尾英佑,佐々木善浩,秋吉一成
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
  • [学会発表] Development of Magnetically Driven Exosome Delivery System for Biomedical Applications2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Sasaki, Ryosuke Mizuta, Kiyofumi Katagiri, Kazunari Akiyoshi
    • 学会等名
      11th International Conference on Fine Particle Magnetism
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] CSJカレントレビュー第45号「生体分子環境の化学-分子夾雑と1分子で解き明かす生体の挙動」2023

    • 著者名/発表者名
      日本化学会編 (Part2, 4章pp. 54-59を松浦が執筆担当)
    • 総ページ数
      208
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      9784759814057
  • [図書] Molecular Robotics: An Introduction2022

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Murata (Ed) (Chapter 4.9, pp. 167-173を松浦が執筆担当)
    • 総ページ数
      296
    • 出版者
      Springer Singapore
    • ISBN
      978-981-19-3986-0

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公開日: 2023-12-25  

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