JP6632826B2 - 人工生体膜を製造するデバイス及び製造方法 - Google Patents
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Description
図5に示すように、本変形例では、イオンチャネルであるMthKチャネルにaviタグペプチドが結合されるとともに、このaviタグペプチドにビオチンが結合(ビオチン化)されている。このビオチンには、人工ビオチン結合タンパク質(ニュートラアビジン)が結合され、ニュートラアビジンは親水膜5に結合している。ニュートラアビジンは、ビオチンと特異的に結合する性質を備える結合タンパク質である。そのため、この変形例では、ビオチン化されたAviタグペプチド及びニュートラアビジンを介して親水膜5にMthKチャネルが結合している。
例えば、イオンチャネル、金属イオン、タグペプチド、及び結合タンパク質は、上述の実施形態やその変形例に限られず、適宜適当なものを使用することができる。また、親水膜もPEGに限られず、親水性を備える材料であれば、適宜適当なものを使用することができる。
また、イオンチャネル以外の膜タンパク質を用いた場合であっても、上述のデバイス及び方法を用いて同様の効果を得ることができる。
・金属プローブ
実験に使用する金属プローブを、金細線(φ:0.25mm)をCaCl2溶液中に挿入して電解研磨して針状にして形成する。このとき、オゾンクリーナーを用いて金属プローブの表面の有機物を除去する。
そして、以下のようにして金属プローブの表面処理を行う。
まず、上述のように構成された金属プローブの先端部分を、PEGを端末にもつチオール誘導体であるo−(3−carboxypropyl)−o’−[2−(3−mercaptopropinylamino)ethyl)−polyethylene glycol)/EtOH溶液2mMに2h以上漬けて、金属プローブの先端部分にPEGからなる親水膜を形成する(図6(a)参照)。
次に、EtOH及び超純水でリンスした後、金属プローブの先端部分を0.2M EDC、0.05M sulfo−NHS、20mM NaPi、150mM NaClからなる溶液に1h以上漬けて、PEGの官能基をNHSで修飾する。(図6(b)参照)
その後、超純水でリンスした後、50mM AB−NTA、20mM NaPi、150mM NaClからなる溶液に1h以上漬けて、NHSで修飾されたPEGの官能基をAB−NTAで修飾する(図6(c)参照)。
最後に、超純水でリンスした後、金属プローブの先端部分を10mM NiCl2につけて、AB−NTAの先端にNiイオンを配位する(図6(d)参照)。
そして、Niイオンを具備する金属プローブの先端部分を、Hisタグペプチドが結合したKcsA(E71A)変異体が溶解した溶液の中に浸漬する。なお、HisタグペプチドをKcsA(E71A)変異体に結合する方法としては、pQE−70プラスミドベクターを用いて、サブクローン化したKcsA(E71A)変異体のC端末に、Hisタグペプチドを結合する方法が挙げられる。Hisタグペプチドは、Niイオンに特異的に結合するので、親水膜にHisタグペプチド及びNiイオンを介してイオンチャネルであるKcsA(E71A)変異体が結合する(図6(e)参照)。
・貯留槽
貯留槽は、200mM KCl,20mMsuccinate−KOH(pH4.0)からなる水性記録液及び、溶媒であるn−decaneの中に、20mg/mLの1,2−diphytanoyl−sn−glycero−3−phosphocholineが溶解した脂質溶解液を貯留している。この状態において、脂質溶解液は水性記録液の液面上に層状に積層している。また、貯留槽には金属線からなる電極が配置されている。
貯留槽の中に、金属プローブの先端部分を脂質溶解液中に浸漬させて、金属プローブの先端部分に人工生体膜を製造し、膜電位固定法を用いて製造した人工生体膜の評価を行った。なお、金属プローブの先端部分を浸漬する深さは、その先端に製造される人工生体膜が、脂質溶解液と水性記録液との界面から10μm〜1mmの深さの位置で製造されるようにした。
上述の膜電位固定法とは、人工生体膜に電極を装着して、生体膜に所定の電位波形を与えることによりイオンチャネルの挙動を解析する方法である。本実施例では金属プローブの先端部分にイオンチャネルが結合しているので、金属プローブはイオンチャネルを介して人工生体膜に装着されている。そのため、金属プローブをそのまま電極として用いるとともに、金属プローブと貯留槽の金属線との間に電圧をかけて、人工生体膜に膜電位を与えた。
上述の実験方法に基づいて得られた結果を、以下図7(a)(b)、図8に示す。
図7(a)は、膜電位を80mV、40mV、−40mV、−80mVにそれぞれ固定した電流変化をそれぞれ表したものである。
図7(a)のグラフでは、各膜電位においてHisタグペプチドが結合したKcsA(E71A)変異体に特有の電流変化を示す波形が表れており、脂質二重層にHisタグペプチドが結合したKcsA(E71A)変異体が組み込まれていることを確認することができた。
・金属プローブ
金属プローブ自体は実施例1と同様であるが、その表面処理が実施例1とは異なるので、その部分についてのみ以下説明を行う。
まず、実施例1と同様にPEGからなる親水膜で金属プローブの先端部分を覆った後、PEGの官能基をNHSで修飾する。そして、この金属プローブを83μM neutravidin 40mM HEPES−NaOH 50mM KCl 2mM EGTA 10mM MgCl2からなる溶液に2h漬けて、NHSで修飾されたPEGの官能基を人工ビオチン結合タンパク質(ニュートラアビジン)で修飾し、超純水でリンスする。
そして、金属プルーブの先端部分をビオチン化したaviタグペプチドが結合したMthKチャネルが溶解する溶液の中に浸漬する。aviタグペプチドをMthKチャネルに結合する方法については、以下の通りである。まず、大腸菌でMthKチャネルを大量発現させると同時に、ビオチンリガーゼの共発現によってaviタグペプチドにビオチンを結合(ビオチン化)させる。その後、ビオチン化したaviタグペプチドを具備するMthKチャネルを単離・精製する。
金属プローブの先端部分をビオチン化したaviタグペプチドが結合するMthKチャネルが溶解した溶液の中に浸漬すると、ニュートラアビジンとビオチンとが特異的に結合するので、親水膜に、ビオチン化したaviタグペプチド及びニュートラアビジンを介してMthKチャネルが結合する。
なお、このaviタグペプチドは、GLNDIFEAQKIEWHE配列を具備するものである。
・貯留槽
上述した実施例1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
実験方法も上述した実施例1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
上述の実験方法に基づいて得られた結果を、以下図9(a)(b)に示す。
図9(a)は、膜電位を80mV、40mV、−40mV、−80mVにそれぞれ固定した状態における電流変化をそれぞれ表したものである。なお、本実施例においては、MthKチャネルが活性化してゲートを開くために細胞内にCa2+を必要とするので、電極を予めCaCl2を含む溶液の中に入れておく。
図9(b)に示すように、得られた電流−電圧曲線は、マイナスの電位で流れ難く、プラスの電位で流れ易い特性を示す。これは、MthKチャネルに共通する特性である。また、膜電位を0mV、−20mV、−40mV、−60mVに固定したときの各電流値を回帰分析した直線の傾きから、コンダクタンスは、173±15pSであると推定される。
2・・・水溶液
3・・・脂質溶解液
4・・・貯留槽
5・・・親水膜
6・・・金属プローブ
10・・第1脂質層
11・・第2脂質層
12・・脂質二重層
Claims (7)
- 水溶液及び前記水溶液の液面に積層した脂質が溶媒に溶解した脂質溶解液を貯留する貯留槽と、
貯留槽に向かって突出する先端部分が親水膜で覆われるとともに、該親水膜に膜輸送タンパク質が結合された金属プローブとを備え、
前記親水膜が、ポリエチレングリコール、アガロース及びポリエチレンイミンからなる群より選ばれるいずれか1種以上を含有し、
前記金属プローブを前記脂質溶解液に浸漬させて、人工生体膜を製造するデバイス。 - 前記親水膜が金属イオンを具備するとともに、前記膜輸送タンパク質がタグペプチドを具備し、
前記タグペプチドが前記金属イオンに結合することによって、前記親水膜に前記膜輸送タンパク質が結合していることを特徴とする請求項1記載のデバイス。 - 前記金属イオンが、ニッケルイオンであり、
前記タグペプチドが、Hisタグペプチドである請求項2記載のデバイス。 - 前記膜輸送タンパク質がビオチン化されたタグペプチドを具備するとともに、前記親水膜がビオチンと特異的に結合する結合タンパク質を具備し、
前記ビオチン化されたタグペプチドと前記結合タンパク質とが結合することによって、前記親水膜に前記膜輸送タンパク質が結合していることを特徴とする請求項1記載のデバイス。 - 前記親水膜が、ポリエチレングリコールで構成され、
前記タグペプチドが、aviタグペプチドであり、
前記結合タンパク質が、ニュートラアビジンであることを特徴とする請求項4記載のデバイス。 - 前記金属プローブが、金で構成されている請求項1、2、3、4及び5のいずれか一項に記載のデバイス。
- 水溶液の液面に脂質が溶媒に溶解した脂質溶解液を積層して、前記水溶液と前記脂質溶解液との界面に沿って前記脂質が並列した第1脂質層を形成し、
先端部分の表面をポリエチレングリコール、アガロース及びポリエチレンイミンからなる群より選ばれるいずれか1種以上を含有する親水膜で覆うとともに、前記親水膜に膜輸送タンパク質を結合した前記金属プローブの先端部分を、前記脂質溶解液に浸漬させて、前記親水膜に沿って前記脂質が並列した第2脂質層を形成し、
前記第1脂質層に前記第2脂質層を結合して脂質二重層を形成すると同時に、前記脂質二重層に前記膜輸送タンパク質を組み込んで人工生体膜を形成する人工生体膜の製造方法。
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