両親媒性ポリマーを利用した細胞膜曲率センサーの開発

本研究では、両親媒性構造を有するポリマーを用いて膜曲率センサー分子の開発を行った。様々な細胞機能を発現する上で、膜曲率は重要な役割を果たしている。本研究では、特に多くの膜たんぱく質やペプチドが局在すると指摘されている高い膜曲率構造を標的とした。高い膜曲率構造にはlipid packing defects(defects)と呼ばれる膜の疎水性部が水中に暴露した領域が形成されており、たんぱく質やペプチドの疎水性ドメインとの相互作用点となる。したがって、本研究では高い膜曲率構造に存在するdefectとの疎水性相互作用に注目し、ポリマーの親疎水性バランスをチューニングすることで特定の膜曲率を認識するポリマー分子の開発を目指した。前年度には、両親媒性構造を有するポリマーの合成・ライブラリ化を行った。膜曲率の認識に求められるポリマーの設計指針を明らかにするために、ポリメタクリル酸を基礎骨格に持ち、カチオン性側鎖と疎水性側鎖の親疎水性バランスを制御することでdefectとの疎水性相互作用の制御を目指した。またATRP重合にてポリマーの末端に蛍光色素を導入し、膜への標識機能を付与した。本年度は得られたポリマーライブラリを対象に、ポリマーと膜との相互作用を細胞サイズのモデル細胞膜を用いて蛍光顕微鏡にて評価した。膜曲率の認識に求められるポリマーの構造因子について検討したところ、(i)疎水性側鎖のアルキル鎖長およびカチオン性基の側鎖長と(ii)共重合組成比が膜曲率の認識において重要なことが示唆された。本研究から、ペプチドのように決まったモノマー配列を持たないランダムコポリマーであっても、分子全体の特性を制御することで天然のタンパク質やペプチドが持つ膜曲率認識機能を模倣できることが示された。

本研究では、両親媒性構造を有するポリマーを用いて膜曲率センサー分子の開発を行った。様々な細胞機能を発現する上で、膜曲率は重要な役割を果たしている。本研究では、特に多くの膜たんぱく質やペプチドが局在すると指摘されている高い膜曲率構造を標的とした。高い膜曲率構造にはlipid packing defects(defects)と呼ばれる膜の疎水性部が水中に暴露した領域が形成されており、たんぱく質やペプチドの疎水性ドメインとの相互作用点となる。したがって、本研究では高い膜曲率構造に存在するdefectとの疎水性相互作用に注目し、ポリマーの親疎水性バランスをチューニングすることで特定の膜曲率を認識するポリマー分子の開発を目指した。前年度には、両親媒性構造を有するポリマーの合成・ライブラリ化を行った。膜曲率の認識に求められるポリマーの設計指針を明らかにするために、ポリメタクリル酸を基礎骨格に持ち、カチオン性側鎖と疎水性側鎖の親疎水性バランスを制御することでdefectとの疎水性相互作用の制御を目指した。またATRP重合にてポリマーの末端に蛍光色素を導入し、膜への標識機能を付与した。本年度は得られたポリマーライブラリを対象に、ポリマーと膜との相互作用を細胞サイズのモデル細胞膜を用いて蛍光顕微鏡にて評価した。膜曲率の認識に求められるポリマーの構造因子について検討したところ、(i)疎水性側鎖のアルキル鎖長およびカチオン性基の側鎖長と(ii)共重合組成比が膜曲率の認識において重要なことが示唆された。本研究から、ペプチドのように決まったモノマー配列を持たないランダムコポリマーであっても、分子全体の特性を制御することで天然のタンパク質やペプチドが持つ膜曲率認識機能を模倣できることが示された。