The electroreductive coupling of 2-acylbenzoates with acrylonitrile in the presence of TMSCl and successive treatment with 1 M HCl gave 2-cyanonaphthalen-1-ols or 3-(3-cyanoethyl)phthalides. On the other hand, the reaction of 2-acylbenzoates with methyl vinyl ketone under the same conditions produced 3-(3-oxobutyl)phthalides as the sole products. What determines the product selectivity was studied using DFT calculations.

Recent epidemiological studies have supported the correlation between Helicobacter pylori infection and the development of Alzheimer’s disease. HpHpn, a histidine-rich H. pylori protein, forms amyloid-like oligomers; it may be a pathogenic factor for Alzheimer’s disease progression. HpHpn may also be transported from the gastric epithelium to the brain. However, HpHpn is secreted from H. pylori on the outer surface of gastric epithelia; therefore, the hypothesized movement of HpHpn across the gastric epithelium to the blood remains controversial. Here, we found the HpHpn showed acidic pH-dependent cellular uptake and subsequent secretion in human gastric epithelial-like carcinoma cells. Furthermore, HpHpn exhibited in vitro permeability across the blood–brain barrier. Although further in vivo experiments are required, our findings suggest that in vitro transcytosis of HpHpn in gastric epithelial cells and the blood–brain barrier may provide new insights into the correlation between H. pylori infections and Alzheimer’s disease progression.

Human mesenchymal stem cells (MSCs) are expected to have utility as a cell source in regenerative medicine. Because we previously reported that suppression of the Wnt/β-catenin signal enhances hepatic differentiation of human MSCs, we synthesized twenty-three derivatives of small molecule compounds originally reported to suppress the Wnt/β-catenin signal in human colorectal cancer cells. We then screened these compounds for their ability to induce hepatic differentiation of human UE7T-13 MSCs. After screening using WST assay, TCF reporter assay, and albumin mRNA expression, IC-2, a derivative of ICG-001, was identified as a potent inducer of hepatic differentiation of human MSCs. IC-2 potently induced the expression of albumin, complement C3, tryptophan 2,3-dioxygenase (TDO2), EpCAM, C/EBPα, glycogen storage, and urea production. Furthermore, we examined the effects of IC-2 on human bone marrow mononuclear cell fractions sorted according to CD90 and CD271 expression. Consequently, CD90+ CD271+ cells were found to induce the highest production of urea and glycogen, important hepatocyte functions, in response to IC-2 treatment. CD90+ CD271+ cells also highly expressed albumin mRNA. As the CD90+ CD271+ population has been reported to contain a rich fraction of MSCs, IC-2 apparently represents a potent inducer of hepatic differentiation of human MSCs.

Peptide nucleic acid (PNA) conjugates incorporating a bipyridine unit were prepared. The bipyridine was built into the loop moiety of PNAs that were designed to specifically form a hairpin and a PNA/DNA bimolecular triplex. While the thermal stability of the hairpin structure was only minimally affected by Cu2+ addition, the PNA/DNA bimolecular triplex structure was significantly destabilized by complexation with Cu2+. The melting temperature of the bimolecular triplex decreased by 17.4 degrees C in the presence of Cu2+. This corresponds to more than a 1000 fold decrease in the binding constant for bimolecular triplex formation. Upon complexation, the bipyridine unit underwent a drastic conformational change which accounts for the observed differences in the thermal stabilities of the triplex upon binding. The bipyridine- PNA conjugate may be useful as an allosteric DNA carrier that releases the DNA in response to a certain metal ion concentration.

The electroreduction of aromatic β-dimethylcarbamoyl-β-imino esters, prepared from (S)-aspartic acid, in the presence of chlorotrimethylsilane gave five-membered cyclized products, 1-benzoyl-4-hydroxy- 5-aryl-N,N-dimethylpyrrolidine-2-carboxamides and 5-(dimethylcarbamoyl)-2-aryl- 1H-pyrrol-3-yl benzoates, depending on the post-treatment after the electroreduction. The electroreduction of aromatic γ-dialkylcarbamoyl- γ-imino and γ-methoxylmethyl-γ-imino esters, prepared from (S)-glutamic acid, and following transformation gave six-membered cyclized products, 1-benzoyl-5-hydroxy-N,N-dialkyl-6-phenylpiperidine-2-carboxamides and 3-hydroxy-6-(methoxymethyl)-2-phenylpiperidin-1-yl)(phenyl)methanones, respectively. © 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Poly(L-alanine)-grafted Porous silica (Sil-Ala(22)) was prepared by polymerization of N-carboxyanhydride Of L-alanine initiated by 3-aminopropylated silica. The retention behaviors of the column packed with Sil-Ala(22) were investigated by using alkylbenzenes and polycyclic aromatic hydrocarbons as injection samples in liquid chromatography. The Ala(22) phase was in a rigid beta-form structure and thus provided specific interaction sites, which were derived from the highly ordered carbonyl and methyl groups. These interaction sites bring unique molecular-shape discriminations: molecular-length and non-planarity selectivity, which are controllable by altering organic solvent used as a part of mobile phase. (c) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

We synthesized an α-helix forming polypeptide (CK30) and a random-coiled peptide (CdlK30) in order to clear the effect of secondary structure of the modifier on the electrochemical reaction in solution. By changing the surface structure of the CK30 from random-coil to α-helix, the electrochemical reaction of Fe(CN)₆⁴⁻ was suppressed. In contrast, on the CdlK30 modified electrode, the oxidation and reduction peak currents of the cyclic voltammogram increased.

With the use of hexakis(p-aminophenoxy)cyclotriphosphazene and tetraphenyltetraarninocyclotetraphosphazene whose primary groups initiated the polymerization of L-α-alanine and γ-esters of L-α-glutamic acid A'-carboxyanhydrides, poly(amino acids) containing an inorganic central ring have been prepared. Polypeptide chains of various lengths have been obtained by variation of the monomer-to-initiator molar ratio. The molecular masses of the synthesized samples are in good agreement with the calculated parameters, and the polymers show a narrow molecular-mass distribution (M w/Mn < 1.3). The circular dichroism (CD) spectra and IR studies indicate a predominantly helical conformation of poly(amino acid) chains with the central triphosphazene ring and the disordered structure of poly(amino acid) chains bonded to cyclotetraphosphazene. © Pleiades Publishing, Inc., 2006.

The concept, molecular self-assembly, especially considering molecule-molecule interaction as an information-processing phenomenon, have a profoundly novel effect on thoughts and efforts related to Medicine and Pharmacology. This new style of thinking is still too novice to be used solely and independently for explanation of disease mechanisms and appropriate treatment strategies. However it calls for a range of new researches based on new predictions about disease mechanisms (especially Autoimmune diseases, Endocrinopathies, and Neoplasms) and relevant treatment strategies (superstructural drugs).

Although molecular mobility is usually probed by measurement of the T₁ relaxation time, it is not the case for methylene groups of grafted acyl chains because each methylene group has a different mobility and hence, a different T₁ relaxation time depending on the distance from the junction between organic molecule and nonorganic particle. Therefore, we devised a very simple method that can semiquantitatively determine the extent of mobility in the grafted acyl chains. Silica-supported poly(octadecylacrylate) (Sil-ODA_n), polymeric octadecylsilyl silica (polymeric ODS), and monomeric octadecylsilyl silica (monomeric ODS) were studied by comparing the intensity of NMR peaks from grafted molecules with the same amount of nongrafted molecules. In the case of Sil-ODA_n, with a gradual increase in temperature, the intensity of the proton signals (¹H NMR) of the octadecyl moieties (mainly methylene groups) rose dramatically. This dramatic rise was at the same temperature as that of an endothermic peak detectable in its DSC thermogram, indicating a relatively complete solid to liquid phase transition. Sil-ODA_n, as the stationary phase in RP-HPLC, showed analogous temperature dependencies of the separation factor between naphthacene and triphenylene (as a simple indicator of shape selectivity). Using this method we determined the liquid phase percentage (LPP) in Sil-ODA_n, polymeric ODS, and monomeric ODS at various temperatures. We suggest LPP as a semiquantitative index of mobility for grafted organic layers.Key words: comb-shaped polymer, nanocomposite, alkyl chain mobility, NMR, liquid chromatography.

Cellulose/TiO₂ hybrid spherical microbeads were prepared by a one-step phase separation method using a cellulose xanthate aqueous solution and a sodium polyacrylate aqueous solution. Various types of cellulose/TiO₂ hybrid spherical microbeads were obtained by using the several kinds of TiO₂ particles. The resulting hybrid spherical microbeads showed respective differences in the distribution of TiO₂ particles. EPMA observation of the surface of hybrid spherical microbead clearly showed where the TiO₂ particles were distributed. In addition, the extent of coverage by TiO₂ particles of the surface was also confirmed by external appearance, because the surface of cellulose/TiO₂ hybrid spherical microbeads on which there were relatively few TiO₂ particles appeared dark yellow. In contrast, the cellulose/TiO₂ hybrid spherical microbeads on which TiO₂ particles aggregated densely appeared white. It was suggested that the distribution of TiO₂ particles on the hybrid spherical microbeads was related to electric repulsion between the CSS⁻ group and TiO₂. The narrower the zeta potential distribution of TiO₂ particles in the sphering pH condition (i.e., in pH 13 aqueous solution) is, the more TiO₂ particles were driven out from the cellulose xanthate domain.

Cellulose/TiO2 hybrid spherical microbeads were made by a one-step phase-separation method using viscose and an aqueous solution containing sodium polyacrylate. We also report our findings regarding the relationships between cellulose xanthate and the electronic characteristics of TiO2 particles used in the inorganic hybrid-sphering process. It was suggested that the distribution of TiO2 particles on the hybrid spherical microbeads be related to electric repulsion between the CSS- group and TiO2. The narrower the zeta potential distribution of TiO2 particles, the more TiO2 particles were driven out from the cellulose xanthate domain. The removal of acetaldehyde was confirmed to depend on the extent of the appearance of TiO2 particles on the surface of cellulose. The carbon/TiO2 hybrid spherical microbeads, prepared by carbonization of the cellulose/TiO2 composite, were also developed and used as the photocatalyst. The removal efficiency of acetaldehyde was increased by carbonization of the microbeads. In addition, it was not only the photo decomposition reaction induced by TiO2 that contributed to the efficiency of acetaldehyde removal but also the adsorption properties of the carbon matrix.

Oligosaccharide-pendant vinyl monomers were synthesized without the use of any protecting group for a oligosaccharide component. A high yield of 1-amino-beta-saccharide was obtained by reductive amination of the oligosaccharide. 2-isocyanatoethyl methacrylate was used as a polymerizable moiety because no by products, especially acids or salts, were not created. The chemical structures were confirmed by H-1-NNM and IR spectroscopies. The obtained macromonomers were polymerized in an aqueous solution by redoxinitiators using ammonium persulfate and N,N,N',N'-tetraethylethylenediamine. The molecular weight of the polymer was evaluated by size-exclusion chromatography. These results indicate that the polymer forms huge aggregates in an aqueous solution caused by hydrogen bonding. We synthesized glucose, cellobiose, and cellotriose derivatives by the same synthetic procedure and obtained polymerized oligosaccharide derivatives in order to compare aqueous nanodispersions of these polymers possessing mono-, di- and trisaccharides in the side chain. Microdomain formation of their polymers was evaluated by size-exclusion chromatography (SEC). The molecular weights of the polymers were extremely huge (M-w > 10(7)) in an aqueous solution as a result of the SEC determination. The elution time also indicates that the polymer sizes were extremely huge in water. The TEM and dynamic light scattering (DLS) observation showed formation of the nano-size spherical particles.

L-Glutamic acid-derived compound with pyrenyl group was able to form organic gels in benzene, cyclohexane, and so on. The gels were produced through the formation of highly oriented aggregates and a remarkable development of their fibrous polymer networks. Our scopes of this study are to present the salient features of the photophysics of pyrene in the highly oriented fibrillar network in cyclohexane and to describe spectroscopic measurements used either to detect pyrene association prior to excitation or to confirm the absence of aggregated pyrenes. The concentration and the temperature affected the gel-formation. The sol in the concentration below critical gel concentration includes nanoassemblies with highly oriented aggregates of the compound. Functionalization of L-glutamide derivative with different head groups using electron accepting pyrene and electron-donating N,N-dimethylaniline (DMA) chromophores was also performed to detect the exciplex formation as the mimicry of the photoinduced electron transfer process in the photosynthesis. Upon cooling from 60 to 10 °C, red shifted fluorescence from 446 to 456 nm ascribed to the charge transfer from DMA to pyrene was observed in the mixed system of pyrene- and DMA-containing L-glutamide derivatives in cyclohexane. © 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Poly(octadecyl acrylate)-grafted silica has been developed as a special stationary phase showing molecular-shape recognition in high-performance liquid chromatography. The bonded polymer phase is characterized by the fact that the polymer forms highly-ordered structures similar to a solvated crystalline state on silica and multiple pi-pi interaction between carbonyl groups in the polymer and aromatic solutes is promoted. This paper shows that the selectivity for DL-amino acids diastereomerized with N-dansyl L-proline can be enhanced by using the polymer stationary phase instead of octadecylated silica (ODS).

Subsidiary weak interaction such as π-π interaction shows us unique separation even in RP-HPLC. This communication shows the first example that poly(4-vinylpyridine) on silica provides extremely large selectivity with specificity for polycyclic aromatic hydrocarbons in methanol-water as a mobile phase. It also describes that the selectivity mode does not always obey those in conventional π-electron-containing stationary phases.

Well-ordered and highly-oriented structures were constructed on a cyclotriphosphazene core by the ring-opening polymerization of N-carboxyanhydride of γ-methyl and γ-benzyl L-glutamates with hexakis(4-aminophenoxy)cyclotriphosphazene as an initiator. The polymers were found to form α-helix conformation from the positions of amide I and amide II in fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) spectra and negative Cotton effects in circular dichroizm (CD) spectra. Both the γ-methyl and γ-benzyl L-glutamate hybrids displayed conformational stability in their hexafluoro-2-propanol (HFIP) solutions under temperature changes between 5 and 60 ^°C. The oligo(γ-benzyl L-glutamate) with short chain length (average 8 residue per each chain) showed extremely high α-helical content, which was determined to be almost 100%. These results demonstrate that the cyclotriphosphazene core exerts a strong secondary structure stabilizing effect.

A novel method for preparing stereoregular polymer under strong gravity field was proposed. As such, the most isotactic-rich polymer was the polymer prepared by using a benzylmercaptan and this value showed 2.0 times higher than that of the controlled polymer. It indicates that it was possible to control the stereoregularity by polymerization under strong gravity field.

The alternating oligopeptide Pyr-(LK)₈ doped by a pyrenyl group at the terminal formed helical tape-like aggregates in an aqueous solution at pH 7. Addition of NaCl induced random coil-to-β-structure transition to show the excimer peak of pyrenyl groups, although no similar result was observed by the corresponding random oligopeptide Pyr-(L₈K₈).

Poly(acrylonitrile) immobilized onto porous silica (Sil-AN_n) was prepared to evaluate the effect of polymerization degree of poly(acrylonitrile) on selective interaction with polycyclic aromatic hydrocarbons. The HPLC using the packed column (Sil-AN_n) and an aqueous solution as a mobile phase showed higher selectivity for structural isomers of polycyclic aromatic hydrocarbons compared with simply cyanopropylated silica (Sil-CN) and alkylated silica (Sil-C₄). It was considered that silica-supported poly(acrylonitrile) recognized molecular aromaticity of π-electron containing compounds rather than molecular hydrophobicity. Furthermore, similar results were obtained in the selectivity towards geometrical isomers such as trans- and cis-stilbenes or triphenylene and o-terphenyl and structural isomers such as o-, m-, p-terphenyls. Also the separation factors increased with an increase in polymerization degree of AN_n. This paper discusses that polymeric structures enhance the selectivity.

Poly(octadecyl acrylate) exists in a crystalline state at room temperature. This crystalline state was formed even after being grafted onto silica through the terminal group of the polymer. When this polymer-grafted silica (Sil-ODAn) was used as a reversed phase liquid chromatography packing material, better selectivity for diostereomerized phenylethylomines derivatized by (S)-(-)-(2,3-naphtholenedicarbaximidyl)propionyl fluoride was observed at room temperature than was observed for simple octadecylated silica (ODS). On the other hand, increasing temperature reduced the selectivity to be close to that of ODS. Additional experiments showed the better selectivity derived from Sil-ODAn was due to both the highly-oriented structure of the polymer and the carbonyl-π interaction with the diostereomer. A theoretical investigation of this corbonyl-π interaction is also described briefly.

We report temperature-triggered enhancement of molecular-shape selectivity by poly(octadecyl acrylate) which undergoes isotropic-to-crystalline phase transition. In this communication, it is also proposed that π–π interaction is included in this selective interaction and is enhanced through orientation of the carbonyl groups which are in a crystalline state.

ミセル内部での金属イオンと錯体形成を目的とし, 親水性頭部にポリエチレングリコール, 疎水性尾部にピリジン誘導体を部分的に導入したポリ (γ-メチルL-グルタメート) からなる両親媒性ポリペプチドを合成した. ピレンをプロープとする蛍光分光測定より両親媒性ポリペプチドは水溶液中においてミセルを形成する (CMC=1.6×10^-6M) ことが示された. 円2色 (CD) スペクトル測定より, そのミセルは内部にα-ヘリックス構造を保持することが示された. 原子間力顕微鏡 (AFM) 観察より, 形成したミセルは, ほぼ球状であり, その粒径は20～80nmであった. これらの結果はCu²⁺添加後についても同様であり, 得られたミセル系にCu²⁺を添加し, 会合体内部において錯体形成した後も, ミセルは崩壊することなくその内部に錯体に由来する高次の規則構造を構築することが示唆された.

α-Helical poly(L-alanine) grafted onto porous silica particles with a reactive terminal trimethoxysilyl group showed a specific shape-selective retention for polycyclic aromatic hydrocarbons, recognizing their molecular linearities and slenderness. This selectivity is derived from the carbonyl groups on the rigid secondary structure and thus the poly(L-leucine) derivative having bulky residual groups showed almost no similar selectivity.

InosineはD-リボースとHypoxanthine (Hyp) からなるヌクレオシドで, Guanine以外のCytosine , Adenine, Thymineと塩基対を形成する“ゆらぎ塩基”として作用する. つまり, Gを除く塩基を網羅的に検出できる機能性官能基として, 一塩基多型（SNP）を原因とする疾患（ここでは，がん疾患の初期段階で見られるKRAS遺伝子一塩基変異群 (GGT (WT) ⇒ GCT, GAT, GTT)） のプロービングや遺伝子治療薬への展開を目的としている. 今年度は, 前述のKRAS遺伝子一塩基変異群の網羅的な検出を目的として, ペプチド核酸 (Peptide Nucleic Acid; PNA) の側鎖にHypoxanthineを導入したPNAモノマーの合成と，そのモノマーを用いたoligo PNA (Ac-CAHCAGCT-NH2) を合成した. 8段階の合成により，目的とするFmoc-Hyp(Bn)-OHを得た (ESI-MS: obs. = 607.23 (cal. Mw = 606.63), 純度: 95.0%, 収率: 22.8%). 得られたFmoc-Hyp(Bn)-OHを用いてoligo PNA (Ac-CAHCAGCT-NH2)を合成した結果, TOF-MS測定 (obs. = 607.23, cal. Mw = 606.63) ならびにHPLC測定 (純度: 95.0%) より目的とするoligo PNAが合成されたことが確認された (収率: 17.1%).

KRAS遺伝子1塩基変異を標的として，細胞膜透過ペプチドとシステインプロテアーゼ切断シークエンスを導入したinchworm型ペプチド核酸(PNA)-ポリエチレングリコール(PEG) conjugateを合成し，ヒト膵臓腺癌由来がん細胞BxPC-3細胞（KRAS遺伝子野生型）とPANC-1細胞（KRAS遺伝子変異型）への細胞死誘導効果について評価した。この結果，BxPC-3細胞ではフルマッチ型(FM)で，PANC-1細胞ではミスマッチ型(MM)で，優位な細胞死を誘導することが示された。この成果は，KRAS遺伝子1塩基変異を標的とした新規な遺伝子治療薬として利用できることを意味している。

生体膜は、僅か10nmの膜構造体であるが、膜の表裏でその機能が異なる。生体膜機能を理解するにはそれぞれのサイドからの物理量計測が必要である。本研究は、細胞膜の裏側の生命現象に注目し、物理量計測を計測し、膜機能の解明を目的とした。研究を実施した結果、培養細胞からタンパク質の機能を維持した状態で細胞膜を試験管に切り出すことに成功し、さらにそれら細胞膜を基板支持状態の構造体の作製に成功した。

申請者はDNAをテンプレートして複数の機能性分子を組合わせて発光特性、電気化学特性などが制御できることを示してきた。本研究では、特定の反応を触媒する構造を一旦スプリット（分断）し、テンプレート上でもとの活性な構造を再構築する仕組みをつくり、この系をDNAをはじめとする様々な分子のセンシングに応用したいと考えた。１）有機分子触媒、２）シクロデキストリン包接を利用する触媒系、および３）DNAzymeをスプリットし、それらをスプリットした構成要素をDNAに修飾したものを利用して検討を行った。適切に設計された系においては特定の刺激により期待された触媒活性が著しく向上することを示すことができた。

生体内で1塩基認識能をもつ人工核酸の設計・機能評価を目的として，PEGの両末端にペプチド核酸を配する系統的なPNA-PEGコンジュゲートを調製し，無細胞タンパク質合成システムを用いた遺伝子発現を評価した。この結果、PNA-PEGコンジュゲートはアンチセンスRNAとして作用しており、1塩基の違いを明確に認識した発現制御が可能であることが示された。また，熱力学パラメーターを算出した結果、PEGの両末端にPNAを配する分子構造が1塩基を認識しており、各PNA部分のTm値の差がこの1塩基認識機構に大きく寄与していることが示された。

ソフトマテリアルを基体とした情報変換、増幅のための機能モジュールの開発、さらにそれらを組織化した多様なセンシングシステムの構築を最終目標として、種々の機能性分子を導入した人工核酸を合成した。β-シクロデキストリン、ターピリジン、およびアントラセンを修飾したDNAを用いて、それぞれ2つの分子を論理的に組合わせて用いるSNPシグナルの蛍光検出、核酸機能の金属イオンによる制御、および核酸複合体形成の光制御の可能性を検討した。

本研究では,分子ナノワイヤーの構築を目指し主鎖が環状化した交互型シーケンシャルポリペプチドが形成するβ-sheet構造に着目した。環状ペプチドcyclo-(LK)8ならびに分子鎖末端にpyrene基を有する分岐状ペプチドbranch-(LK)8は,環化部および分岐部にアリル基を有する保護アミノ酸を用いて調製した。NaCl添加による2次構造の転移および蛍光特性評価は,Tris-HCl(pH7.0)緩衝溶液を用いて測定した。得られたcyclo-(LK)_8及びBranch-(LK)_8は,TOF/MS,HPLCおよびNMR分析により,目的の環状を形成していることが示された。Tris-HCl(pH7.0)緩衝溶液中におけるcyclo-(LK)_8のCD測定の結果,cyclo-(LK)_8は500mMのNaClの添加をさかいにrandoum-coil構造からβ-sheet構造へと転移することが示された。1500mM以上のNaCl濃度では217nmのθ値より計算した結果,β-sheet構造の含有量は60%程度と見積もられた。これは,NaClの添加に伴うβ-sheet構造転移したcyclo-(LK)_8の析出が原因と考えられる。Branch-(LK)_8も同様に,randoum-coil構造からβ-sheet構造へと転移した。また,200mmのNaClを添加した際にpyrのエキシマーに基づく発光が観察された。これは,pyr基がお互いに近接した構造が形成されたことを示す。AFM並びにTEM観察の結果,ペプチド部の直線性が失われるにつれ,アミロイド線維のアスペクト比が減少することが示された。以上の結果は,高配向性ナノファイバーの構築と,この構造を鋳型とした3次元集積化への展開が可能であることが示唆された点で非常に重要な結果と考えられる。今後はは,形成されたアミロイドフィブリルの形成挙動の解析と構造解明を目的とし,外的要因(Ph,温度,イオン強度,濃度依存性,溶媒依存性,温度依存性)について検討を行うことをにより,アミロイド阻害剤としての展開が期待される。

プロテアーゼが有する機構の中でもトランスロケーション機構に着目し,この機構を利用したペプチド輸送システムの構築を試みる。すなわち,リング状オリゴマーであるプロテアーゼを分子シャトルと見立て,トランスロケーションされる基質蛋白質をレールとしたプロテアーゼ型ロタキサン構造を構築することが可能となる。プロテアーゼ型ロタキサン構造の構築を目的として,分子鎖C末端にSsrAタグ配列を有する基質ポリペプチドを調製し,FtsHによるこれらのモデル基質のトランスロケーションを利用したロタキサン構造形成について検討する。具体的には,モデル基質のN末端を基板状に固定化することによりプロテアーゼ型ロタキサン構造を基板上に固定化することを目的とした。 本研究では,先年度までに基板上におけるロタキサン型ナノ構造の構築を念頭におき,基質タンパク質の基板上への物理吸着について,AFMを用いて検討した。この結果,以上の結果より,シリコン基板を用いることにより,基質タンパク質の物理吸着を抑えた基板の作成が可能であること,また,Au-S結合を利用したα_s-カゼインの固定が可能であることが示された。この結果を踏まえて,本年度では分子鎖末端にSsrAタグを有するモデルペプチドのシリコン基板上への固定化を試みた。合成したモデルペプチドは,シリコン基板上に分散した状態で固定化することが可能であることが示された。また,この基板上へのプロテアーゼの固定化を目的とした評価では,基板上の基質ペプチドを分解することが示され,固体表面における基質に対してプロテアーゼ活性を有する事が示されたが,プロテアーゼの固定化には至らなかった。今後,基質分子を合成ペプチドから合成高分子に変更し,目的とする超分子構造体の構築を行う必要性が示された。

液体クロマトグラフィの中でも,逆相分配系と言われる手法が最も広く利用されており,操作性が簡便でかつ分離の適用範囲が広いのが特長である。通常,多孔質シリカのような物理的に安定な担体の界面上に有機相を固定化したものが分離剤として利用されている。しかしながら,有機相のバリエーションははなはだ限定されており,一般には移動相の条件を微調整することによって多彩な分離能を達成しているのが現状である。そこで本研究では,逆相分配クロマトグラフィのための新しい機能性有機界面を作製するための手法を提案し,実施した。 本研究の最大の特長は,有機相として疎水性と弱い相互作用点を多数導入し,結果として分子認識能を併せ持った逆相分配系の分離を達成させることを目的としている。そのため,脂質リポソームの機能,すなわち,脂質による疎水性と二分子膜構造に基づく分子配向性を有機相の機能として固定化することを目標とした。しかしながら,天然脂質によるリポソームでは,化学的な不安定さやイオン性によって相互作用の機構が複雑となることが予想させるため,本研究ではまず人工脂質系をデザインし,これを合成することから研究をスタートした。同人工脂質が溶液中で分子配向状態を形成しうることを確認したのち,多孔質シリカ上に同分子を固定化し,液体クロマトグラフィにおける分離能を評価した。その結果,最も広く利用されている逆相分配系分離剤,モノメリックODSと類似の分離機構が得られるだけでなく,現在最も高い分子形状識別能があるとされているポリメリックODSをはるかに凌ぐ分離能が発現することを確認した。本研究では,固定相の物理状態をNMRによって評価し,分離機構の解明を行なった。

近年,オルガノゲルが注目されているが,一般になじみのある親水性高分子によるヒドロゲルとは異なり,構成分子はある種の低分子であって,この低分子が有機溶媒中で分子集合することによりポリマーネットワークのようなナノ繊維状会合体を形成し,結果として有機溶媒がゲル化することを特徴としている。オルガノゲルに注目が集まる理由は,ゲル化プロセスにおいて脂質二分子膜類似の分子配向場が形成される点にあり,そのため一次元ナノ構造構築のための分子ツールとしても注目されている点にある。機能の設計が分子レベルで予想できることや,分子配向による機能増幅や超分子的な機能発現を期待できる点も魅力となっている。この典型的な例としてアモルファスゲルでは発現しにくい不斉増幅や特殊な光学特性の発現(エキシマー形成)などが挙げられる。一方,オルガノゲルの弱点は物理的な脆弱さにある。多くの場合,ゲルに振動を与えると見かけのゲル状態は簡単に崩壊する。しかしここで面白いのは,巨視的にはゲル状態が破壊されていても(機械的振動によって分子集合ネットワークがある程度破壊されても),微視的には分子の配向状態が依然として維持されている点にある。そこで本研究では,このようなオルガノゲルの特徴を活かし,安定化法を開発することによって無機担体に導入することにより,従来の分離材では発現しえなかった精密で高選択的な分離を達成する新しい固定相を開発することを目的とした。とくにオルガノゲルが発現する特殊な不斉性に着目し,光学分割に適用することを最終目標とした。そのため本研究は,オルガノゲルを形成する分子の化学構造と機能,とくに不斉性や同分子ゲルを安定化するための手法,さらにはシリカゲルへの固定化と液体クロマトグラフィ分離への適用,オルガノゲル系との比較としてポリペプチド系について併せて検討した。

先年度まで,本研究では,分子ナノワイヤーの構築を目指し,剛直で分子間水素結合により形成されるポリペプチドβ-sheet構造に着目した。ポリペプチドのアミノ酸配列による主鎖2次構造の制御,さらに単分散性による自己整合性を利用した3次元高配向性会合体の構築と制御を目的とする。具体的には,アミノ酸配列の中でも特にβ-sheet構造を形成すると考えられるシーケンシャルポリペプチドを調製した結果,(1)NaClの添加に伴い,LysineとLeuicineが交互に配列したペプチドPyr-(LK)_8)において,β-sheet構造を主とした二次構造へと転移した。(2)Py-(LK)_8では,小さな繊維状会合体が寄り集まって形成された繊維状の会合体が観測された。この小さな繊維状会合体はナノレベルのらせん構造を形成した。このようなナノ構造は,ランダムなアミノ酸配列では観察されなかった。以上の結果は,高配向性1次元会合体の構築と,さらなる分子間相互作用(本申請書における錯構造形成能)を分子設計により組み込むことで,この会合構造を利用した3次元集積化への展開が可能であることが示唆された点で非常に重要な結果と考えられる。 本年度では,分子鎖末端のPyrをクラウンエーテルに置き換え,同様な研究を試みた結果,この化合物においても高配向性1次元会合体の構築が可能であった。また,末端のクラウンエーテルは金属包接能を有することから,包接金属の蛍光特性について検討した結果,β-sheet構造への転移に伴い交互シークエンスでは顕著なピークシフトと消光が確認された。これは,1次元会合体形成による分散状態とは異なった配位構造,すなわち金属の一次元配列が行われた結果と考えられる。本研究は,有機超分子構造体を鋳型とした1次元金属ナノワイヤーの構築として非常に有用であることが示された。

逆相分配クロマトグラフィでは,主に分離対象分子の極性や疎水性を識別することを目的としており,そのため単純な有機相がシリカなどの表面上に固定化されている場合が多い。そのため,極性差がわずかしかない異性体の分離は困難であり,光学分割に適用するためには,溶離液中にジアステレオマー化剤を添加するなどの工夫が必要である。したがって分離剤そのものに高い選択性を付与するためには,固定化有機分子に直接機能を求めるのが一般的であり,多数の研究例がある。この課題に対して申請者らは,有機分子が自己組織化することよって発現する超分子機能に着目し,これをシリカ上に固定化することによって,有機分子単独では発現しえない特殊な選択性の発現を目指してきた。そこで本研究では,逆相分配クロマトグラフィにおいて光学分割を可能とする新規な液体クロマトグラフィ用分離剤の開発を目的とし,以下のような目標のもとに研究を実施し,それぞれについての研究成果を学術論文ならびに国際会議等において発表した。 (1)有機溶媒中におけるキラルな分子配向場の作製〜L-グルタミド誘導体を作製し,キラリティの増幅,変換を実施した。(2)分子配向場を固定化したシリカの開発とその分子認識能の調査〜分子形状を精密に識別する分離剤の開発に成功した。(3)非配向性固定相の分子認識能の調査〜分子配向していない系における分子認識能と比較することによって,分子配向系の特徴を調査した。(4)ジアステレオマー化剤との併用による光学分割の達成〜従来の逆相分配クロマトグラフィ用分離剤より高い選択性が発現することを確認した。

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