Fabrication of enzyme-degradable and size-controlled protein nanowires using single particle nano-fabrication technique

単一粒子ナノ加工技術を用いた酵素分解性で径制御されたタンパク質ナノワイヤーの作製

大道 正明*; 麻野 敦資*; 佃 諭志*; 高野 勝昌*; 杉本 雅樹; 佐伯 昭紀*; 酒巻 大輔*; 小野田 晃*; 林 高史*; 関 修平*

Omichi, Masaaki*; Asano, Atsushi*; Tsukuda, Satoshi*; Takano, Katsuyoshi*; Sugimoto, Masaki; Saeki, Akinori*; Sakamaki, Daisuke*; Onoda, Akira*; Hayashi, Takashi*; Seki, Shu*

高分子薄膜に入射するイオンの飛跡に沿って直径ナノオーダーの架橋体を形成し溶媒抽出する方法(SPNT)を、人由来血清アルブミン(HSA)やアビジン等のタンパクに適用した結果、タンパクナノワイヤーの形成が確認できた。得られたタンパクナノワイヤーに、リジン・アルギニン残基のペプチド結合を選択的に切断するトリプシンを用いた加水分解反応を適用したところ、反応時間の経過とともにナノワイヤーの断片化が進行し、反応開始20分で完全に消失した。また、HSAとアビジンの混合物から作製したハイブリッドのナノワイヤーでは、ペルオキシダーゼ活性等の生物学的な性質を示すとが確認できた。これらの結果は、SPNTで作製されたタンパクナノワイヤーはタンパク質の基本構造であるペプチド結合を保持していることを示唆している。このSPNTによる作製技術は、任意のタンパク質分子を大きな比表面積のナノワイヤーに成形し、その表面に機能性を付与する基礎技術として幅広い活用が期待できる。

Protein nanowires exhibiting specific biological activities hold promise for interacting with living cells and controlling and predicting biological responses such as apoptosis, endocytosis and cell adhesion. Here we report the result of the interaction of a single high-energy charged particle with protein molecules. Degradation of the human serum albumin nanowires was examined using trypsin. The biotinylated human serum albumin nanowires bound avidin, demonstrating the high affinity of the nanowires. Human serum albumin-avidin hybrid nanowires were also fabricated from a solid state mixture and exhibited good mechanical strength. The biotinylated human serum albumin nanowires can be transformed into nanowires exhibiting a biological function such as avidin-biotinyl interactions and peroxidase activity. The present technique is a versatile platform for functionalizing the surface of any protein molecule with an extremely large surface area.