バイオミネラリゼーション誘導タンパク質模倣高分子/炭酸カルシウム複合材料の開発

生物矿化诱导的模拟蛋白聚合物/碳酸钙复合材料的研制

基本信息

批准号：
05J10624
负责人：
西村達也
金额：
$ 1.41万
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：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

生物が鉱物を作ることをバイオミネラリゼーションという。代表的なバイオミネラルとして歯や骨、貝殻真珠層や甲殻類の外骨格などがある。加藤らはこれまでに貝殻真珠層の形成過程に倣い、水に不溶な高分子マトリクスと酸性官能基をもつ水溶性高分子添加物の協同効果を利用して薄膜状の炭酸カルシウム結晶が自己組織的に形成することを見出している。本研究では、甲殻類(アメリカザリガニ)の外骨格より単離した石灰化に関与するタンパクCAP-1に着目した。昨年度にCAP-1の存在下、キチン薄膜上に成長する炭酸カルシウムの結晶を詳細に調べたところ、一軸に配向した薄膜結晶が成長することを見出した。また、組み換えタンパクや合成オリゴペプチドを用いて対照実験を行い、70残基目のリン酸部位が表面モルホロジーに重要な影響を与えていること、CAP-1中央部にあるキチンと特異的に結合する部位(リバース・リジフォードコンセンサス配列)が、一軸に配向した薄膜結晶の形成に必要であることが分かった。本年度は、その他の組み換えタンパクを用いた結晶成長を行なった。N末端、C末端がそれぞれ15残基欠落した組み換えペプチド(デルタN、デルタC)を用いた。カルボン酸の連続配列を有するC末端を保持したデルタNは一軸に配向した薄膜結晶が成長したのに対し、デルタCは菱面体がやや崩れた結晶が析出した。C末端のカルボン酸の連続配列が結晶成長に大きな効果を与えていることを示している。

生物体产生矿物质的过程称为生物矿化。典型的生物矿物包括牙齿、骨骼、贝壳珍珠层和甲壳动物外骨骼。 Kato等人之前已经证明，在贝壳珍珠层的形成过程中，薄膜状碳酸钙晶体利用水不溶性聚合物基质和带有酸性官能团的水溶性聚合物添加剂的协同作用进行自组织。研究发现，形成在这项研究中，我们重点关注 CAP-1，这是一种从甲壳类动物（美洲小龙虾）的外骨骼中分离出来的参与钙化的蛋白质。去年，当我们详细研究CAP-1存在下在甲壳素薄膜上生长的碳酸钙晶体时，我们发现单轴取向的薄膜晶体生长。此外，我们使用重组蛋白和合成寡肽进行了对照实验，发现第70位磷酸位点对表面形态有重要影响，并且它与CAP-1中心区域的几丁质特异性结合。位点（反向 Ridgiford 共有序列）是形成单轴取向薄膜晶体所必需的。今年，我们使用其他重组蛋白进行了晶体生长。使用 N 末端和 C 末端各缺少 15 个残基的重组肽（delta N、delta C）。 Delta-N 的 C 末端具有连续的羧酸排列，以单轴取向的薄膜晶体的形式生长，而 Delta-C 则沉淀出具有轻微扭曲的菱面体结构的晶体。这表明C端羧酸的连续排列对晶体生长有很大影响。