液-液相分離による液滴と外部物質の相互作用に基づいた炭酸同化酵素の活性化

通过液-液相分离，基于液滴与外部物质之间的相互作用激活碳酸同化酶

基本信息

批准号：
22KJ0346
负责人：
延山知弘
金额：
$ 3.08万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0346/
关键词：
液液相分離脂質ラフトナノバタフライ金ナノ粒子

项目摘要

本研究は1)外部との相互作用による液滴性の制御2)脂質膜面上での相分離等の挙動の確認3)ナノテクノロジーによる液滴の生成消滅制御4)1)~3)を組み合わせた液滴内酵素活性化の技術確立による炭酸同化酵素の活性化という4つのモジュールへと切り分けることができる。このうち1)に関しては、独自開発した金ナノ粒子である金ナノバタフライ(GNB)を用いて、液滴の生成消滅を制御するテクノロジーを開発することに成功した。2)に関しては、脂質膜面上の相転移挙動を世界で初めて詳細に観察することに成功した。これらの成果は既にプレプリントとして公開されており、現在論文投稿作業やリバイス作業を行っている。3)については、変形によるギブスエネルギー変化を無視できるガラス表面を用いることにより、ガラス表面の官能基密度や表面状態が液滴や凝集体の相転移に与える影響を詳細に調べることに成功した。また、表面効果と、液滴内部に侵入できる小分子の効果を比較検討し、液滴を用いたデバイス作製における指針を得ることに成功した。3)についてはGNBの添加・液滴内への集積により酵素活性を増大させられるという予備検討結果を得ている。技術面ではタンパク質の取り扱いや量子化学計算にも習熟し、この過程で複数の共著論文がプレプリントに公開されている。タンパク質の取り扱いについては、複雑な系でのリエントラント相分離をコーラとミルクを用いて安価に再現・評価する実験系を共同開発している。量子化学計算に関しては、有機小分子やフラーレン等のナノ材料の物性計算を通して、各種相互作用を正確に見積もる計算系を確立しつつある。主著論文も複数報投稿準備中である。すなわち、液滴を用いた炭酸同化酵素活性化へ向けた足固めが着実に進んでいる。

这项研究的目的是：1）通过与外界的相互作用来控制液滴特性，2）确认脂质膜表面的相分离等行为，3）利用纳米技术控制液滴的形成和消失，以及4）1）至3）。分为四个模块：通过建立组合酶激活液滴技术来激活碳酸同化酶。关于1），我们成功开发了一种利用金纳米蝴蝶（GNB）控制液滴产生和消失的技术，金纳米蝴蝶是我们独立开发的金纳米颗粒。关于2），我们在世界上首次成功地详细观察了脂质膜表面的相变行为。这些结果已经作为预印本发表，目前我们正在努力提交论文并进行修改。关于3），通过使用由于变形而导致的吉布斯能量变化可以忽略的玻璃表面，我们成功地详细研究了玻璃表面的官能团密度和表面状况对液滴和聚集体的相变的影响。我们还比较了表面效应和可以渗透到液滴内部的小分子的效应，并成功获得了使用液滴制造器件的指南。关于3），我们已经得到初步结果，通过添加GNB并在液滴中积累可以提高酶活性。在技术方面，他已经精通处理蛋白质和量子化学计算，并在此过程中发表了多篇共同撰写的论文作为预印本。关于蛋白质的处理，我们正在联合开发一个实验系统，以廉价地重现和评估使用可乐和牛奶的复杂系统中的重入相分离。在量子化学计算方面，我们正在建立一个计算系统，通过有机小分子和富勒烯等纳米材料的物理性质计算，准确地估计各种相互作用。主要作者的论文也正在准备提交多个出版物。换句话说，利用液滴激活碳酸同化酶正在取得稳步进展。

项目成果

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Researchmap

研究地图

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

黄金の蝶々型ナノデバイスによる液滴生成消滅ダイナミクスの制御

使用金蝴蝶形纳米器件控制液滴生成和消光动力学

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
延山　知弘
通讯作者：
延山　知弘

Regulation of the Liquid-liquid Phase-Separated Droplets of Biomacromolecules by Butterfly-Shaped Gold Nanomaterials

蝴蝶形金纳米材料对生物大分子液液相分离液滴的调控

DOI：
10.26434/chemrxiv-2022-mr4tk
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nobeyama Tomohiro;Takata Koji;Mori Megumi;Murakami Tatsuya;Shiraki Kentaro
通讯作者：
Shiraki Kentaro

Protein Droplet-oriented Gold Manipulator with Butterfly-like Shape; Precise Synthesis, Mechanical Insights, and Applications

蝴蝶状蛋白滴导向金机械臂；

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tomohiro Nobeyama ; Koji Takata ; Tatsuya Murakami ; Kentaro Shiraki
通讯作者：
Kentaro Shiraki

Reentrant condensation of a multicomponent complex system of biomolecules induced by polyphosphate

聚磷酸盐诱导的多组分生物分子复杂体系的重入缩合

DOI：
10.1101/2023.03.02.530750
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Furuki Tomohiro;Nobeyama Tomohiro;Suetaka Shunji;Matsui Ryokei;Fukuoka Tatsuhiko;Arai Munehito;Shiraki Kentaro
通讯作者：
Shiraki Kentaro