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

伴侣蛋白纳米管埋置超顺磁性纳米粒子阵列的研制及其功能研究

基本信息

批准号：
15J11084
负责人：
SIM SEUNGHYUN
金额：
$ 1.79万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J11084/
关键词：
GroEL MRI ナノ粒子シャペロニン

项目摘要

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。

我们专注于伴侣蛋白凹槽，该凹槽经历了响应于ATP的机械结构变化，以及超顺磁性氧化铁纳米颗粒，并对这些及其复合物的医疗应用进行了研究。首先，我们开发了一种方法，可以调整Groel一维整合产生的纳米管长度。我们已经发现，设计了半切（单个环）凹槽，在绑定到纳米管末端时可能会导致聚合终止，并且在其存在下，Groel的超分子聚合可以在所得纳米管的长度上进行广泛的控制。此外，我们评估了将不同长度的纳米管掺入细胞中的能力，并确认较短的纳米管往往更有可能被掺入细胞中。接下来，创建了一种使用外部字段来操纵纳米管的机制。合成了超磁铁氧化铁纳米颗粒，并优化了表面配体以允许将纳米颗粒掺入凹槽中。获得的凹槽/纳米颗粒复合物已超分子聚合，并成功构建了一维超磁纳米颗粒的一维链。此外，发现该一维链被放置在磁场中时，自旋相互作用发生在纳米管内的超副磁性纳米颗粒之间，从而暂时形成了一维链之间的束结构。接下来，我们研究了含有siRNA作为人造病毒的蛋白质纳米管的构建和siRNA递送。我们发现了一种现象，其中充电中和中和的siRNA纳米膜的混合物和上述凹槽形成纳米管，表明蛋白氨酸单位与siRNA的互插或疏水相互作用对这一过程很重要。发现在这种类似纳米管的人造病毒中单独添加DTT或ATP会部分切割并缩短纳米管，并添加ATP和DTT的混合物将纳米管分解为单体并释放SiRNA。