ITMO大学の化学者は帯電したナノ粒子を使用してタンパク質を復活させる

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ビデオ: 大越慎一 化学専攻 教授 『ナノ粒子で織り成す新たな物性』 2022, 12月
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酸化アルミニウムのナノ粒子を使用したタンパク質の「復活」のプロセス

サンクトペテルブルクのITMO大学とエルサレムのヘブライ大学の化学者は、タンパク質の「復活」の新しい方法を開発しました。個々のタンパク質の活性を回復することに特有のほとんどの方法とは異なり、新しい方法はグループ全体に適しています。この作品はScientificReportsに掲載されました。

タンパク質は、アミノ酸の鎖で構成された生体高分子です。 「実行可能」になり、その機能を実行するために(たとえば、細胞プロセスを触媒するために)、タンパク質分子は3次元構造に折りたたまれ、タンパク質鎖のさまざまなアミノ酸とその環境内の分子との相互作用によって安定化されます。ほとんどの相互作用は非常に弱く、熱、化学物質(濃酸またはアルカリ)、または放射線によって破壊される可能性があります。この場合、タンパク質は変性します。つまり、その空間構造は完全にまたは部分的に破壊され、タンパク質分子は互いにくっつき、タンパク質はその活性を失います。場合によっては、変性物質が溶液から除去されるか、その温度が下がると、逆のプロセスが発生します-再生、その間にタンパク質の空間構造とその「作業能力」が部分的に復元されます。

抗体などの多くの薬はタンパク質であり、変性する可能性があります。したがって、研究者はそれらを「復活」させる方法を積極的に探しています。回収方法はグループに分けることができます。変性物質が溶液から除去されるため、タンパク質は部分的にその活性を回復します。タンパク質の回収中に、プロセスを支援するため、または再生中の物理的状態を調整するために、物質が溶液に追加されます。ただし、これらの方法のほとんどでは、各タンパク質の回収条件を個別に選択する必要があります。これは、面倒で時間のかかるプロセスです。新しい研究の著者は、負に帯電したタンパク質のグループ全体に適した再生方法を開発しました。

以前、同じグループの研究者が、酸化アルミニウムのナノ粒子を使用して、温度変性後にタンパク質を「復活」させる方法を開発しました。ナノ粒子の溶液を変性タンパク質炭酸脱水酵素に加え、混合物を真空中で乾燥させた。その結果、炭酸脱水酵素の三次元構造を復元するのに十分な空間を有するゲルが形成され、タンパク質の活性が回復した。

新しい研究では、科学者は酸化アルミニウムのナノ粒子をより用途の広い方法で使用し、正に帯電したナノ粒子を使用して負に帯電したタンパク質を「復活」させることを決定しました。実験では、炭酸脱水酵素、酸性ホスファターゼ、西洋ワサビペルオキシダーゼを使用しました。化学的変性後、研究者らは、タンパク質が吸着された1つ、2つ、または3つのタンパク質の溶液に正に帯電したアルミナナノ粒子を追加しました。したがって、粒子はタンパク質分子を互いに分離し、それらが互いにくっつくのを防ぎました。次に、タンパク質を含むナノ粒子を別の溶液に移し、変性剤を除去して、タンパク質の空間構造の復元を開始しました。再生プロセスはナノ粒子の表面で起こり、強い電荷のために互いに反発し、タンパク質がくっつくことができませんでした。最終段階で、「復活した」タンパク質の溶液からナノ粒子が除去されました。

新しい方法では、タンパク質を1つずつ再生すると、60〜70%のタンパク質の空間構造を復元できることがわかりました(ペルオキシダーゼの構造の特殊性により、復元の影響を受けにくいため、再生されましたより少ない-約30パーセント)。 2つのタンパク質を溶液中で混合すると、還元された分子の割合は70〜80パーセントに達し、3つの混合物では-50〜60パーセントに達しました。研究の著者によると、ナノ粒子は入手が容易で繰り返し使用できるため、新しい方法は優れており、複数のタンパク質を同時に「復活」させることができます。

科学者たちは以前、細胞内のタンパク質の多くが細胞温度の突然の上昇後に正常な機能に戻ることができることを発見しました。タンパク質の「接着」は必ずしもその後の分解につながるわけではなく、むしろ保護および調節機能を実行することが判明しました。

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