Development of Chaperonin Nanotube Embedding Superparamagnetic Nanoparticle Array and Study of Its Function

ATPに応答して機械的な構造変化を行うシャペロニンタンパク質GroEL、および超常磁性酸化鉄ナノ粒子に注目し、それらやそれらの複合体の医学的応用に関して研究を行った。まず、GroELの一次元集積により生成するナノチューブの長さの調節を可能にする手法を開発した。ナノチューブの末端に結合すると重合停止を引き起こす可能性があるハーフカット（シングルリング）GroELを設計し、その共存下でGroEL を超分子重合させると、生成するナノチューブの長さを広い範囲で制御できることがわかった。さらに、長さが異なるナノチューブの細胞への取り込み能を評価し、短いナノチューブほど細胞に取り込まれやすい傾向を示すことを確認した。次に、外場を用いてナノチューブを操る仕組みを構築した。超常磁性酸化鉄ナノ粒子を合成し、その表面配位子を最適化することによりGroEL 内部へのナノ粒子の取り込みを実現した。得られたGroEL／ナノ粒子複合体を超分子重合させ、超常磁性ナノ粒子の一次元連鎖の構築に成功した。さらに、この一次元連鎖を磁場中におくと、ナノチューブ内部の超常磁性ナノ粒子間にスピン相互作用が発生し、結果として一次元連鎖同士が一時的にバンドル構造を形成することがわかった。次に、人工ウイルスとしてのsiRNAを含むタンパク質ナノチューブの構築とsiRNA送達について研究した。電荷が中和されたsiRNAナノカプレットと前述のGroELの混合物がナノチューブを形成する現象を見出し、siRNAへのメロシアニンユニットのインターカレーション又は疎水性相互作用がそのプロセスに重要であることを示した。このナノチューブ状人工ウイルスにDTTやATPをそれぞれ単独で加えるとナノチューブが部分的に切断し短くなること、およびATPとDTTの混合物を加えるとナノチューブがモノマーにまで解離してsiRNAを放出することがわかった。

ATPに応答して機械的な構造変化を行うシャペロニンタンパク質GroEL、および超常磁性酸化鉄ナノ粒子に注目し、それらやそれらの複合体の医学的応用に関して研究を行った。まず、GroELの一次元集積により生成するナノチューブの長さの調節を可能にする手法を開発した。ナノチューブの末端に結合すると重合停止を引き起こす可能性があるハーフカット（シングルリング）GroELを設計し、その共存下でGroEL を超分子重合させると、生成するナノチューブの長さを広い範囲で制御できることがわかった。さらに、長さが異なるナノチューブの細胞への取り込み能を評価し、短いナノチューブほど細胞に取り込まれやすい傾向を示すことを確認した。次に、外場を用いてナノチューブを操る仕組みを構築した。超常磁性酸化鉄ナノ粒子を合成し、その表面配位子を最適化することによりGroEL 内部へのナノ粒子の取り込みを実現した。得られたGroEL／ナノ粒子複合体を超分子重合させ、超常磁性ナノ粒子の一次元連鎖の構築に成功した。さらに、この一次元連鎖を磁場中におくと、ナノチューブ内部の超常磁性ナノ粒子間にスピン相互作用が発生し、結果として一次元連鎖同士が一時的にバンドル構造を形成することがわかった。次に、人工ウイルスとしてのsiRNAを含むタンパク質ナノチューブの構築とsiRNA送達について研究した。電荷が中和されたsiRNAナノカプレットと前述のGroELの混合物がナノチューブを形成する現象を見出し、siRNAへのメロシアニンユニットのインターカレーション又は疎水性相互作用がそのプロセスに重要であることを示した。このナノチューブ状人工ウイルスにDTTやATPをそれぞれ単独で加えるとナノチューブが部分的に切断し短くなること、およびATPとDTTの混合物を加えるとナノチューブがモノマーにまで解離してsiRNAを放出することがわかった。