[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

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

 

 

 

The following two tabs change content below.
bona
愛知で化学を教えています。よろしくお願いします。
bona

最新記事 by bona (全て見る)

関連記事

  1. 2015年ケムステ人気記事ランキング
  2. 論文がリジェクトされる10の理由
  3. 有機アジド(1):歴史と基本的な性質
  4. フリーラジカルの祖は一体誰か?
  5. 一般人と化学者で意味が通じなくなる言葉
  6. 化学の力で迷路を解く!
  7. 複雑な生化学反応の条件検討に最適! マイクロ流体技術を使った新手…
  8. スズ化合物除去のニュースタンダード:炭酸カリウム/シリカゲル

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 【書籍】10分間ミステリー
  2. ベンザイン Benzyne
  3. 文具に凝るといふことを化学者もしてみむとてするなり⑤:ショットノートの巻
  4. 日本学士院賞・受賞化学者一覧
  5. 酵素の真実!?
  6. シアノスター Cyanostar
  7. 硤合不斉自己触媒反応 Soai Asymmetric Autocatalysis
  8. 【速報】2010年ノーベル化学賞決定!『クロスカップリング反応』に!!
  9. スルホキシイミンを用いた一級アミン合成法
  10. さよならGoogleリーダー!そして次へ…

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

リチウムイオン電池の課題のはなし-1

Tshozoです。以前リチウムイオン電池に関するトピックを2つほど紹介した(記事:リチウムイ…

アルコールをアルキル化剤に!ヘテロ芳香環のC-Hアルキル化

2015年、プリンストン大学・D. W. C. MacMillanらは、水素移動触媒(HAT)および…

三種類の分子が自発的に整列した構造をもつ超分子共重合ポリマーの開発

第123回のスポットライトリサーチは、テキサス大学オースティン校博士研究員(Jonathan L. …

超分子化学と機能性材料に関する国際シンポジウム2018

「超分子化学と機能性材料に関する国際シンポジウム2018」CEMS International Sy…

アメリカで Ph. D. を取る –研究室に訪問するの巻–

この連載は、米国の大学院で Ph.D. を取得することを目指す学生が日記感覚で近況を記録するためのも…

光触媒ラジカルカスケードが実現する網羅的天然物合成

四川大学のYong Qinらは、可視光レドックス触媒によって促進される窒素ラジカルカスケード反応によ…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP