[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

[amazonjs asin=”1607619180″ locale=”JP” title=”Cell-Penetrating Peptides: Methods and Protocols (Methods in Molecular Biology)”]

 

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

 

 

 

Avatar photo

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. 【Spiber】タンパク質 素材化への挑戦
  2. 化学研究ライフハック: 研究現場のGTD式タスク管理
  3. 光化学スモッグ注意報が発令されました
  4. 「夢・化学-21」 夏休み子ども化学実験ショー
  5. 生化学実験:プラスチック器具のコンタミにご用心
  6. 第三級アミン酸化の従来型選択性を打破~Auナノ粒子触媒上での協奏…
  7. カラムやって
  8. 第40回ケムステVシンポ「クリーンエネルギーの未来を拓く:次世代…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 不斉配位子
  2. 【酵素模倣】酸素ガスを用いた MOF 内での高スピン鉄(IV)オキソの発生
  3. ベンジャミン・フランクリンメダル―受賞化学者一覧
  4. 第61回―「デンドリマーの化学」Donald Tomalia教授
  5. 三共・第一製薬の完全統合、半年程度前倒しを検討
  6. ニュースタッフ参加
  7. NeoCube 「ネオキューブ」
  8. 2017年の注目分子はどれ?
  9. 未来博士3分間コンペティション2021(オンライン)挑戦者募集中
  10. ニトリルオキシドの1,3-双極子付加環化 1,3-Dipolar Cycloaddition of Nitrile Oxide

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
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

注目情報

最新記事

アクリルアミド類のanti-Michael型付加反応の開発ーPd触媒による反応中間体の安定性が鍵―

第622回のスポットライトリサーチは、東京理科大学大学院理学研究科(松田研究室)修士2年の茂呂 諒太…

エントロピーを表す記号はなぜSなのか

Tshozoです。エントロピーの後日談が8年経っても一向に進んでないのは私が熱力学に向いてないことの…

AI解析プラットフォーム Multi-Sigmaとは?

Multi-Sigmaは少ないデータからAIによる予測、要因分析、最適化まで解析可能なプラットフォー…

【11/20~22】第41回メディシナルケミストリーシンポジウム@京都

概要メディシナルケミストリーシンポジウムは、日本の創薬力の向上或いは関連研究分野…

有機電解合成のはなし ~アンモニア常温常圧合成のキー技術~

(出典:燃料アンモニアサプライチェーンの構築 | NEDO グリーンイノベーション基金)Ts…

光触媒でエステルを多電子還元する

第621回のスポットライトリサーチは、分子科学研究所 生命・錯体分子科学研究領域(魚住グループ)にて…

ケムステSlackが開設5周年を迎えました!

日本初の化学専用オープンコミュニティとして発足した「ケムステSlack」が、めで…

人事・DX推進のご担当者の方へ〜研究開発でDXを進めるには

開催日:2024/07/24 申込みはこちら■開催概要新たな技術が生まれ続けるVUCAな…

酵素を照らす新たな光!アミノ酸の酸化的クロスカップリング

酵素と可視光レドックス触媒を協働させる、アミノ酸の酸化的クロスカップリング反応が開発された。多様な非…

二元貴金属酸化物触媒によるC–H活性化: 分子状酸素を酸化剤とするアレーンとカルボン酸の酸化的カップリング

第620回のスポットライトリサーチは、横浜国立大学大学院工学研究院(本倉研究室)の長谷川 慎吾 助教…

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