Design of electron shuttling polymers for regulation of cell metabolism

用于调节细胞代谢的电子穿梭聚合物的设计

• 批准号: 18J14910
• 负责人: 金子 真大
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J14910/
• 关键词: 細胞内レドックス状態; リン脂質ポリマー; 細胞膜透過性ポリマー; 細胞外電子移動; 代謝; がん細胞; 生物電気化学; ミトコンドリア

本研究は、細胞膜透過性の電子輸送ポリマーにより、細胞内の酸化還元状態ひいては代謝を制御する手法の開発を実施してきた。本年度は、前年度の成果を踏まえ、電子輸送ポリマーによるがん細胞の増殖抑制及びキノン類を酸化還元ユニットとする電子輸送ポリマーの新規開発に取り組んだ。前年度の成果を踏まえ、電子輸送ポリマーによりがん細胞選択的な増殖抑制が実現できるのではないかと考えた。必要とされるポリマー物性を検討するため、フェロセン類、キノン類を酸化還元ユニットとする電子輸送ポリマーpMFc (E = + 0.5 V vs. SHE)、pMQ　(E = + 0.07 V) 、pMBAQ (E = - 0.29 V) をそれぞれ合成し、ヒト乳線がん細胞及びヒト正常細胞の生存率に対する影響を評価した。その結果、pMFcとpMBAQは非選択的に細胞生存率を低下させた一方で、pMQを添加した系では、がん細胞のみ生存率が大きく減少した。これは、pMFcとpMBAQがそれぞれ細胞内酸化還元種、酸素との高い反応性を有していることにより、非選択的な増殖抑制を招いたためだと考えられる。一方で、pMQは、キノン類が酸化還元ユニットとして機能することで、フェロセン類を酸化還元ユニットとするpMFcに比べ親水性酸化還元種との反応性が低減され、電子伝達系などを対象として電子授受を行うと考えられる。また、pMQはpMBAQに比べて酸化還元電位が高く、酸素との反応性が低下している。このようなpMQの電子授受特性に起因して、乳がん細胞の増殖が選択的に抑えられたのだと予想される。以上の結果は、適切な電子輸送ポリマーの設計により、がん細胞の選択的な増殖抑制が実現可能であることを示している。本成果は、電子輸送ポリマーによる新たながん増殖抑制手法として、国際学術誌に投稿準備中である。

这项研究开发了使用细胞膜渗透电子传输聚合物控制氧化还原状态，从而控制细胞内代谢的方法。今年，根据上一年的结果，我们致力于使用电子传输聚合物抑制癌细胞的生长，并开发新的电子传输聚合物，奎因酮作为氧化 - 雷克斯单元。考虑到上一年的结果，我们认为电子传输聚合物可以选择性抑制癌细胞生长。为了研究所需的聚合物性能，将电子传输聚合物PMFC（E = + 0.5 V vs. SHE），PMQ（E = + 0.07 V）和PMBAQ（E = -0.29 V）（e = -0.29 V），作为氧化还原单位合成，并评估了人类乳腺癌细胞的生存率和正常人类细胞的生存率。结果，PMFC和PMBAQ非电视可降低细胞活力，而在添加PMQ的系统中，癌细胞的存活率显着降低。这被认为是因为PMFC和PMBAQ分别对细胞内氧化还原物种和氧气具有高反应性，从而导致非选择性抑制生长。另一方面，由于奎因酮作为还原氧化的单位的作用，PMQ被认为能够在电子转移系统中传输和接收电子，与使用氧化氧化的氧化剂减少氧化单位相比，它可以降低与亲水性氧化还原物种相比的反应性。此外，PMQ比PMBAQ具有更高的氧化还原电位，并且其与氧气的反应性降低。预计PMQ的电子转移和接收特性已在乳腺癌细胞的增殖中有选择地抑制。以上结果表明，通过设计适当的电子传输聚合物可以选择性抑制癌细胞。目前，这一发现已准备好将其提交给国际学术期刊，以此作为使用电子传输聚合物抑制癌症增长的新方法。

项目成果

がん細胞のアポトーシスを誘導する細胞膜透過性レドックスリン脂質ポリマーの創製

创建可渗透细胞膜的氧化还原磷脂聚合物，诱导癌细胞凋亡

• 发表时间: 2018
• 作者: 金子真大;石川聖人;石原一彦;中西周次
• 通讯作者: 中西周次

The endogenous redox rhythm is controlled by a central circadian oscillator in cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC7942

内源性氧化还原节律由蓝细菌细长聚球藻 PCC7942 中的中央昼夜节律振荡器控制

• DOI: 10.1007/s11120-019-00667-0
• 发表时间: 2019
• 期刊: Photosynthesis Research
• 影响因子: 3.7
• 作者: Kenya Tanaka;Masahito Ishikawa;Masahiro Kaneko;Kazuhide Kamiya;Souichiro Kato;Shuji Nakanishi
• 通讯作者: Shuji Nakanishi

Development of Cell Membrane Permeable Redox Phospholipid Polymers for Suppression of Cancer Cell Growth

开发细胞膜可渗透的氧化还原磷脂聚合物用于抑制癌细胞生长

• 发表时间: 2019
• 作者: Masahiro Kaneko;Masahito Ishikawa;Kazuhiko Ishihara;Shuji Nakanishi
• 通讯作者: Shuji Nakanishi

Cell-Membrane Permeable Redox Phospholipid Polymers Induce Apoptosis in MDA-MB-231 Human Breast Cancer Cells

• DOI: 10.1021/acs.biomac.9b01184
• 发表时间: 2019-12-01
• 期刊: BIOMACROMOLECULES
• 影响因子: 6.2
• 作者: Kaneko, Masahiro;Ishikawa, Masahito;Nakanishi, Shuji
• 通讯作者: Nakanishi, Shuji

電子伝達高分子を介したレドックス摂動が概日時計に与える影響

电子传输聚合物介导的氧化还原扰动对生物钟的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: 河合和紀;石川聖人;金子真大; 田中謙也; 中西周次; 堀克敏
• 通讯作者: 堀克敏