[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

環歪みを細胞取り込みに活かす

[スポンサーリンク]

創薬研究やバイオプローブの開発において、しばしば問題になるのが分子の膜透過性。特にオリゴヌクレオチドやタンパク質などの大きな分子は膜透過効率が低く、医薬応用の大きな障害となります。今回は分子の性質をうまくつかって、その障害の解決に取り組んでいる一例を紹介したいと思います。

 

細胞膜のなかに入りたい

膜透過効率を上げる手法として、「膜透過性ペプチド」(Cell-Penetrating Peptide:CPP)を利用する方法があります。CPPはアルギニンを多く含んだ塩基性のペプチドで、細胞膜を能動的に透過することが知られているからです。従って、取り込ませたいタンパク質やペプチドなどにCPPを結合させると、効率的に細胞内へ導入することができます。

しかし、CPPは細胞毒性を持つ、必ず機能するとは限らない(当たり前ですが)などの問題があります。

そこでCPPによらない、新しい膜透過機構として、膜透過性ポリジスルフィド(Cell-Penetrating poly(disulfide)s: CPDs)が開発されています。CPDは図 1に示したように、細胞表面のチオール基とジスルフィド交換反応を起こし、細胞表面に固定化されます。このときCPDに細胞内へ導入したい基質をつけておけば、基質はエンドサイトーシスなどを経て、細胞内に取り込まれます。[1]

 

図1 Schematic illustration of a cellular uptake via S-S exchange.

図1 Schematic illustration of a cellular uptake via S-S exchange.

 

さて、ジェノバ大学のMatileらは近年、このCPDsの応用としてsiCPDs(substrate-initiated, self-inactivating CPDs)を報告しました(Figure 2)。[2] これは、細胞内に導入したい分子をポリマー開始剤として用い、細胞膜透過に有利となるグアニジンを有するモノマーなどと重合することでポリジスルフィド化合物を合成し、膜透過させるものです。

 

図2 Concept of substrate-initiated, self-inactivating CPD transporters.

図2 Concept of substrate-initiated, self-inactivating CPD transporters.

 

環歪みを細胞取り込みに活かす

さらに最近Matileらは、高い反応性をもつ環状ジスルフィドが、ポリマー化しなくても、膜表面への固定化され、膜透過することを報告しました。

 

“Ring Tension Applied to Thiol-Mediated Cellular Uptake”

Gasparini, G.; Sargsyan, G.; Bang, E. K.; Sakai, N.; Matile, S. Angew. Chem, Int. Ed. 2015, 7328. DOI: 10.1002/anie.201502358

 

発光団としてカルボキシルフルオレセインを導入した化合物37をHeLa Kyoto細胞に添加し、フローサイトメトリーによってこれらの細胞の蛍光強度を測定しました(図 3)。ここから、最大の環歪みを持つ化合物3で蛍光強度が最大であり、環歪みの小さな化合物4,5、直鎖で環歪みを持たない化合物6,7の順に蛍光強度が小さくなることがわかりました。この結果は、細胞膜上でのジスルフィド交換反応がCSSC結合の二面角が小さいほど、すなわち反応性の高いジスルフィドほど、有利に反応が進行することを示唆しています。さらに論文中ではあらかじめ膜表面のチオール基を活性化または不活性化させた後に活性評価実験をおこなうことで、膜表面への固定化のメカニズムを検証しています。

 

図3 Flow cytometry data showing the fluorescence of HeLa Kyoto cells after incubation of fluorophores 2-8.

図3 Flow cytometry data showing the fluorescence of HeLa Kyoto cells after incubation of fluorophores 2-8.

 

さらにMatileらは先ほどのHeLa Kyoto細胞の顕微鏡写真を撮影することに成功しています。この結果から蛍光団が導入された環状ジスルフィド化合物34は細胞表面のチオールにトラップされているだけではなく、細胞内に取り込まれていることが確認できます。化合物34のCSSC二面角の差はわずかであるにもかかわらず(図 4)、この環歪みの小さな差が非常に有意に働いていますね。

 

図4 CLSM images of HeLa Kyoto cell after incubation of 3 and 4.

図4 CLSM images of HeLa Kyoto cell after incubation of 3 and 4.

 

このように、細胞取り込みを促進する分子として大きな環歪みを持ったジスルフィド化合物に着目し、この環歪みが細胞取り込みに大きな影響を与えることを明らかとしました。膜透過の機構に関してはまだ十分な議論がされていませんが、 彼らは今回の手法が一般的なエンドサイトーシスとは異なる機構で起こっている可能性を指摘しています。本研究は、膜透過を促進する小分子設計の新しいコンセプトを提案しただけでなく、その膜透過の機構という基礎研究の観点からも面白い内容だと思います。

 

関連書籍

 

参考文献

  • Torres, A.; Gait, M. Trends in Biotechnology 2012, 30, 185. DOI: 10.1016/j.tibtech.2011.12.002
  • Gasparini, G.; Bang, E.-K.; Molinard, G.; Tulumello, D.; Ward, S.; Kelley, S.; Roux, A.; Sakai, N.; Matile, S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6069. DOI: 10.1021/ja501581b

 

外部リンク

 

 

 

bona

bona

投稿者の記事一覧

愛知で化学を教えています。よろしくお願いします。

関連記事

  1. クリスマス化学史 元素記号Hの発見
  2. 第98回日本化学会春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Pa…
  3. 研究リーダーがPJを成功に導く秘訣
  4. 「日産化学」ってどんな会社?
  5. 酵素の真実!?
  6. UV-Visスペクトルの楽しみ方
  7. 2010年ノーベル化学賞予想―トムソン・ロイター版
  8. 生化学実験:プラスチック器具のコンタミにご用心

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. ケイ素 Silicon 電子機器発達の立役者。半導体や光ファイバーに利用
  2. Callipeltosideの全合成と構造訂正
  3. ペンタレネン Pentalenene
  4. 危険!DDT入りの蚊取り線香
  5. 「赤チン」~ある水銀化合物の歴史~
  6. 239th ACS National Meeting に行ってきた
  7. コロナウイルスが免疫システムから逃れる方法(1)
  8. シュプリンガー・ネイチャーより 化学会・薬学会年会が中止になりガッカリのケムステ読者の皆様へ
  9. 世界が終わる日までビスマス
  10. 構造化学の研究を先導する100万件のビッグデータ

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2015年7月
« 6月   8月 »
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

注目情報

注目情報

最新記事

PEG化合物を簡単に精製したい?それなら塩化マグネシウム!

ケミカルバイオロジー・生体関連化学用途の分子構造において、とにかくよく見かけるポリエチレングリコール…

バリー・ハリウェル Barry Halliwell

バリー・ハリウェル (Barry Halliwell、1949年10月18日-)は、イギリスの生化学…

湾曲したパラフェニレンで繋がれたジラジカルの挙動  〜湾曲効果による電子スピン状態の変化と特異性〜

第342回のスポットライトリサーチは、広島大学大学院 先進理工系科学研究科・宮澤友樹 さんにお願いし…

第165回―「光電変換へ応用可能な金属錯体の開発」Ed Constable教授

第165回の海外化学者インタビューは、エドウィン(エド)・コンステイブル教授です。バーゼル大学化学科…

MEDCHEM NEWSと提携しました

「くすり」に関係する研究者や技術者が約1万7専任が所属する日本薬学会。そ…

抗体を液滴に濃縮し細胞内へ高速輸送:液-液相分離を活用した抗体の新規細胞内輸送法の開発

第341回のスポットライトリサーチは、京都大学 薬学研究科(二木研究室)博士後期課程1年の岩田恭宗さ…

革新的なオンライン会場!「第53回若手ペプチド夏の勉強会」参加体験記

夏休みも去って新学期も始まり、研究者としては科研費申請に忙しい時期ですね。学会シーズン到来の足音も聞…

実験手袋をいろいろ試してみたーつかいすてから高級手袋までー

前回は番外編でしたが、試してみたシリーズ本編に戻ります。引き続き実験関係の消耗品…

第164回―「光・熱エネルギーを変換するスマート材料の開発」Panče Naumov教授

第164回の海外化学者インタビューは、パンチェ・ナウモフ教授です。大阪大学大学院工学研究科 生命先端…

SNS予想で盛り上がれ!2021年ノーベル化学賞は誰の手に?

今年もノーベル賞シーズンの到来です!化学賞は日本時間 10月6日(水) 18時45分に発表です。昨年…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP