2018 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
18H05419
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
金原 数 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (30282578)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中西 和嘉 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (20401010)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 発動分子 / 分子機械 / 二分子膜 / イオンチャネル / 両親媒性分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（1）交互両親媒性マルチブロック分子：イオン透過の方向性を制御する分子設計として，双極子モーメントが生じるような非対称構造を有する分子を設計し，その合成法を確立した。また，有機金属触媒のリガンド部位を導入した分子を設計し，その合成法を確立した。これらの分子の水中での集合挙動を詳細に解析するとともに，二分子膜への導入を試みた。その結果，いずれの分子も二分子膜に導入されるとともに，イオン透過性を示すことを見いだした。さらにイオン選択性を示唆する結果も得た。また，C02-1班の池口グループとの共同研究により，その分子挙動の計算化学的解析を行った。
（2）気水界面にある脂質膜中の分子の力学的刺激に対する運動性の変化を調べた．ナノ空間や粘度といった環境に応答し，強い蛍光性を有するＢＯＤＩＰＹをクロモフォアとし，気水界面で取り扱いを可能とする疎水基を付与した蛍光分子ローターをセンサーとして用い，気水界面で単分子膜を横方向に圧縮した際の蛍光挙動を調べた．その結果，脂質膜の種類により，応答性が異なること，すなわち，力学刺激が脂質膜の種類に応じて脂質膜中の分子の運動性に影響を及ぼすことを明らかにした。
（3）GFPおよびBCAIIを用いて，合成分子としてオリゴエチレングルコール鎖を導入したハイブリッド型分子の構築を検討した。その結果，共有結合形成による架橋反応と酵素的切断反応の組み合わせにより，種々の長さのオリゴエチレン鎖を導入したハイブリッド型分子を得ることができた。さらに，得られた分子が，野生型のタンパク質と同様の機能性を示すことが分かった。また。PYPをクロスリンク部位とした光応答性ポリマーハイブリッドの構築に成功した。
（4）温度応答性部位として，オリゴエチレングリコールを導入した両親媒性分子を合成し，その性質について検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（1）今年度の研究計画で示した，交互両親媒性マルチブロック分子について，複数の分子について合成法を確立し，二分子膜中での挙動を明らかにすることができた。さらに，領域内連携研究も予定通り開始することができた。一方で，光応答性と電位応答性については現在は合成法検討段階であるものの，先に合成した分子においてイオン選択性という予想外の成果を得ることができた。
（2）ねじれ分子については，力学刺激が脂質膜の種類に応じて脂質膜中の分子の運動性に影響を及ぼすことを明らかでき，計画通りの進捗を得た。
（3）ハイブリッド型分子の構築については，モデルタンパク質を用いて，その構築に成功した。
以上の成果に加え，A01-2, C01-1, C02-1, C02-2班とは具体的な共同研究も開始した。これらを総合的に考慮し，おおむね順調に推移していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
（1）双極子モーメントを有する交互両親媒性マルチブロック分子については，前年度に引き続き，イオン透過性と選択性を詳細に検討するとともに，リガンド応答性を評価する。また，触媒リガンド型分子については，二分子膜中での分子集合挙動を解析するとともに，イオン透過性の詳細な解析を行う。さらに，この分子を有機金属触媒のリガンドとして導入し，得られた錯体の反応性を明らかにし，触媒反応の進行に伴うダイナミクスの変化について検討する。また，前年度に引き続き電位応答性，光応答性イオンチャネルの構築を検討する。また，C02-1班との連携により計算化学的手法によるイオン透過機構の解明をすすめる。
（2）これまで気水界面における分子の回転運動が，力学的刺激によりどのように変化するか調べてきた．本年度は，異なる構造や運動モードを有する環境応答型蛍光分子を用い，これらの違いが，気水界面における運動性に与える影響を調べる。
（3）回転部位を導入したローター型発動分子を設計し，その分子運動挙動を明らかにするとともに，集積状態における連動した分子運動について検討する。
（4）前年度に得られたGFP及びBCAIIにオリゴエチレングリコール鎖を導入したハイブリッド型分子について，その性質を詳細に調べる。また，ここで確立した分子構築の方法論をモータータンパク質を初めとする生体発動分子導入し，その性質を明らかにする。
（5）前年度に引き続き，A01-2, C01-1, C02-1, C02-2班との共同研究を実施する。
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