Mechanism of brain developmental abnormalities induced by nanoparticle: protein conformational abnormalities associated with surface interactions

本研究では、微小粒子が脳機能異常を誘導する機序解明に向け、粒子と生体分子（特にタンパク質）との相互作用による異常構造化に注目し、異常構造化が誘発される生体分子の特徴や異常構造化を誘導する粒子の性質を見出すことを目標としている。初年度は、解析対象とする微小粒子とタンパク質の選定を進め、それらを試験管内で反応させ、タンパク質の構造変化を赤外スペクトルや円偏光二色性 (CD) スペクトル測定を用いて分析した。微小粒子の中でも特に小さい超微小粒子（ナノ粒子）が高い反応性を示し、一部のタンパク質二次構造のα-helixをβ-sheetに変化させることを明らかにした。また、大きさの近い超微小粒子でも、構成元素が変わることで、その二次構造の変化が誘導されなくなることも分かった。現在、構造変化が誘導される分子の特徴として二次構造の不安定性に注目した解析を進め、同時に、粒子の物性の差異によるタンパク質構造への影響についての解析を進めている。さらに、特定の超微小粒子により構造変化が生じるタンパク質の経時的な脳内挙動を評価するために、新生仔ラットを用いて、タンパク質の脳室内投与、脳内投与ならびにそのタンパク質の検出方法の検討も行った。その結果、脳室内に投与したタンパク質（粒子とは反応させていないもの）は、投与直後から脳実質組織の間に入り込み、一部は脳境界型マクロファージの一種である髄膜マクロファージに取り込まれることが明らかになった。脳内に移行した投与タンパク質は、2時間後も脳実質内から検出された。今後、粒子により構造変化したタンパク質を脳室内に投与し、正常タンパク質との挙動の違いと脳組織に及ぼす影響について検証する予定である。

本研究では、微小粒子が脳機能異常を誘導する機序解明に向け、粒子と生体分子（特にタンパク質）との相互作用による異常構造化に注目し、異常構造化が誘発される生体分子の特徴や異常構造化を誘導する粒子の性質を見出すことを目標としている。初年度は、解析対象とする微小粒子とタンパク質の選定を進め、それらを試験管内で反応させ、タンパク質の構造変化を赤外スペクトルや円偏光二色性 (CD) スペクトル測定を用いて分析した。微小粒子の中でも特に小さい超微小粒子（ナノ粒子）が高い反応性を示し、一部のタンパク質二次構造のα-helixをβ-sheetに変化させることを明らかにした。また、大きさの近い超微小粒子でも、構成元素が変わることで、その二次構造の変化が誘導されなくなることも分かった。現在、構造変化が誘導される分子の特徴として二次構造の不安定性に注目した解析を進め、同時に、粒子の物性の差異によるタンパク質構造への影響についての解析を進めている。さらに、特定の超微小粒子により構造変化が生じるタンパク質の経時的な脳内挙動を評価するために、新生仔ラットを用いて、タンパク質の脳室内投与、脳内投与ならびにそのタンパク質の検出方法の検討も行った。その結果、脳室内に投与したタンパク質（粒子とは反応させていないもの）は、投与直後から脳実質組織の間に入り込み、一部は脳境界型マクロファージの一種である髄膜マクロファージに取り込まれることが明らかになった。脳内に移行した投与タンパク質は、2時間後も脳実質内から検出された。今後、粒子により構造変化したタンパク質を脳室内に投与し、正常タンパク質との挙動の違いと脳組織に及ぼす影響について検証する予定である。