倉田奨励金研究報告書｜2016 年度（第 48 回）助成■受領№1316

生体系診断材料を指向した水中でのペプチドアロステリック増幅センシング

代表研究者

福原 学

東京工業大学

理学院化学系准教授

1．研究背景分子への伝播を引き起こさせ、(iii)ここから増幅し現在、医薬･農薬･香料など幅広い分野におけるたシグナルを得るという手法であり、研究代表者は生理/薬理活性体の増加に伴い、これらを高感度･この一連のプロセスを利用するセンシング方法論

高選択的に検知できる超分子センサーが性急に望を"超分子アロステリックシグナル増幅センシング

まれている。従って、超分子センサーの開発は基(Supramolecular Allosteric Signal-amplification

礎・応用両面で波及効果が大きく、現代化学の最Sensing)" (SASS)と定義し、依頼論文として研究重要テーマの一つである(八島ほか Chem. Rev.

代表者単名でまとめたPolym. J.のFocus Reviewで2009, 109, 6102; Swagerほか ACS Appl. Mater.

詳述しており、世界的にもこの分野を先導している。

Interfaces 2013, 5, 4488)。これまでに超分子的アプローチによる化学センサーが数多く報告されてきているが、これらは検体認識サイトの立体的あるいは電子的変化に基づくスペクトル変化を読み取るものが主流であり、もし設計・合成後にゲスト化合物(検体)に対してホスト(センサー)の認識サイトの形やサイズが適合しなければ低感度ある
図 1．SASS の概念図

いは低選択性といった問題点を抱えていたのが現状であり、よほど革新的なことがない限りこの問題点を解決するのは難しいと考えられてきた(福原Polym. J. 2015, 47, 649)。

2．研究目的
本研究では、最近研究代表者が提唱している研究代表者はこのような背景の基、生体内認識SASS手法を活用することで、薬理活性物質を標的過程で精緻に活用されているアロステリック効果とした機能性高分子センサーの開発を目的としてに想を得て、レセプターから柔軟な高分子主鎖へいる。本課題は、生体内で"スマート"に活用されとアロステリックに伝播した情報を増幅して読みているアロステリック効果に想を得て、認識サイ取るセンシング手法を提案した(図1)。この概念はトから離れた部位での変化を鋭敏に捉え、伝播し図1に示したように、(i)精密に設計されたホストた高分子主鎖から増幅した光学出力を検出する―ゲスト識別超分子空間での検体の吸着・包接に"SASS"の新概念を実践し、汎用性の高い手法とし伴うセンシング部位自身の動的構造変化により、て拡大・展開し最終的には応用まで試みる挑戦的(ii)アロステリック効果によってシグナル増幅高なテーマ設定である。

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従って、研究代表者が見出した進展著しいジオテンシンI~IV、ならびに生体内に存在し血圧"SASS"が、これまでの「センサー自身の光学変化低下および胃収縮作用を有するキセノプシン-2を読み取るセンサーの問題点」を解決でき得る新(XP-2)、その構成要素である種々のアミノ酸を加機構であることは疑いなく、これを利用して生体えるとPT主鎖の遷移の吸光度変化によるセ系に近い環境（水中）でのペプチドをセンシングンシングが可能であることが明らかとなり、Hill可能なセンサー材料の構築が達成できれば革新的plotによりHill係数nと錯形成定数Kaを求めた。滴である。本研究提案は、これら新現象を出発点に定の結果から、芳香族部位を複数持つオリゴペプ多分野にまたがる境界新領域「生体系診断材料を指チドに対し強い錯形成能を示し、XP-2による滴定

向した水中でのペプチドアロステリック増幅センシング」

実験のHillプロットからHill係数 n が2.5と求まっを開拓・展開し、拡大一般化することを目指す。

た。CDスペクトル滴定とJob Plotの結果から、このXP-2の正のアロステリズムは、CD認識部位の3．研究概要構造変化によるものと推測できた。

本研究では、水中に存在する特定のオリゴペプチドをポリチオフェン(PT)主鎖からの光学出力4．結言として検出するために、完全メチル化CDをPT

以上、本提案である高分子の柔軟な主鎖構造の側鎖に直結したCPCm (図2, m = 1,2)を設計した。

微小な変化を様々な分光分析手法(紫外可視近赤

CPCmは、芳香環が包接可能なCD誘導体を認識外、蛍光、円二色性、電流応答)によって読み取る

部位として一定の距離と配置で主鎖に直結するこ「生体系診断材料を指向した水中でのペプチドアロスとで、それに適合する芳香族アミノ酸配列を有す

テリック増幅センシング」は、幅広い検体（特に生るオリゴペプチドのセンシングを目指すとともに、体関連物質）を高感度かつ選択的にセンシングでアロステリック増幅センシングの適用範囲を調べきる手法ではあることを示唆する結果であり、また。

だまだ可能性に満ちた大きなフロンティアである。

5．主な発表論文・学会発表等〔2017年度雑誌論文〕（計2件）
1）Fukuhara, G.*; Sasaki, M.; Numata, M.; Mori,T.; Inoue, Y.*: Oligosaccharide Sensing in
Aqueous Media by Porphyrin-Curdlan
Conjugates: A Prêt-á-Porter Rather Than
Haute-Couture Approach, Chem.Eur. J. 2017,
図 2．シクロデキストリン PT センサー23, 11272-11278. [Inside Cover]2）Yao, J.#; Wu, W.#; Liang, W.; Feng, Y.; Zhou,

CPCmのキロプティカル特性をCCl4からH2Oまで

D.; Chruma, J. J.; Fukuhara, G.; Mori, T.;の種々の溶媒中で検討したところ、ET値が高くな

Inoue, Y.; Yang, C.* (# Equal contributions):

るにつれ、UVスペクトルでは⻑波⻑シフトが、円Temperature-Driven Planar Chirality

二色性(CD)スペクトルではエキシトンカップリ

Switching of a Pillar[5]arene-based Molecular

ングが観測された。次に、10% MeOHを含むpH

Universal Joint, Angew. Chem. Int. Ed. 2017,

7.2の33 mMリン酸緩衝溶液中にCPC2を溶かし、56, 6869-6873.

オリゴペプチドとして血圧上昇作用を有するアン

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〔2017年度学会発表〕（他6件）
Chirality 2017@早稲田大学(7/9-12)○Gaku Fukuhara・Mayuko Sasaki・Munenori
Numata・Tadashi Mori・Yoshihisa Inoue
Oligosaccharide Sensing in Aqueous Media by
Porphyrin-Curdlan Conjugates Using Circular
Dichroism Spectroscopies
第63回高分子研究発表会（神⼾）@兵庫県⺠会館
(7/14)
範國正拓・⿊原大輝・沼田宗典・松崎典弥・森直・

木田敏之・○福原 学
ローダミンリポーター修飾カードランによる水溶液中でのオリゴ糖センシング
第11回超分子若手懇談会―超分子技術を利用した新規ナノ材料―@箱根路 開雲(9/13-14)・招待講演○福原 学
マイクロ―ナノ空間を操る超分子センシング〜アロステリズムに魅せられて〜
パイスター分子制御による未来型物質変換研究拠点(12/16) ・招待講演○福原 学
アロステリズム機構が発現する分析化学センサーの創成