JP7312429B2 - Gel composition and dried gel - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 平成31年2月20日 平成30年度 国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科発行の 「修士論文等要旨集」第87および88頁にて公開Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act February 20, 2019 Released on page 87 and 88 of "Abstracts for Master's Thesis" issued by Nara Institute of Science and Technology, Graduate School of Materials Science and Technology, 2018

特許法第30条第2項適用 平成31年2月22日 平成30年度 国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科修士論文等発表会にて発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law February 22, 2019 Presented at the master's thesis presentation at the Graduate School of Materials Science and Technology, Nara Institute of Science and Technology, 2018

本発明は、ゲル組成物及びゲル乾燥物に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gel composition and a dried gel.

フェリチンは原核生物、古細菌、植物、高等真核生物など生物界に広く存在する鉄貯蔵タンパク質である。フェリチンは1本のポリペプチド鎖から形成されるサブユニットが24個自己集合した球状タンパク質である(図1)。フェリチンの分子量は450kDaであり、その直径は約12nmである。フェリチンのサブユニットは、4本のαヘリックスを束ねた4ヘリックスバンドル構造を形成している(図1)。 Ferritin is an iron-storage protein widely present in organisms such as prokaryotes, archaea, plants, and higher eukaryotes. Ferritin is a globular protein in which 24 self-assembled subunits are formed from a single polypeptide chain (Fig. 1). Ferritin has a molecular weight of 450 kDa and a diameter of approximately 12 nm. A subunit of ferritin forms a four-helix bundle structure in which four α-helices are bundled (Fig. 1).

R.Tsukamoto,K.Iwahori,M.Muraoka,I.Yamashita,Bull.Chem.Soc.Jpn.,2005,78,2075-2081R. Tsukamoto, K.; Iwahori, M.; Muraoka, I.; Yamashita, Bull. Chem. Soc. Jpn. , 2005, 78, 2075-2081 K.Iwahori,I.Yamashita,Nanotechnology,2008,19,495601K. Iwahori, I.; Yamashita, Nanotechnology, 2008, 19, 495601 I.Yamashita,K.Iwahori,S.Kumagai,Biochim.Biophys.Acta,2010,1800,846-857I. Yamashita, K.; Iwahori, S.; Kumagai, Biochim. Biophys. Acta, 2010, 1800, 846-857

フェリチンは球殻状であり、通常のタンパク質に比べ高い熱安定性及びpH安定性を示す。そのため、フェリチンはドラッグデリバリーシステムの研究に利用されている。また、フェリチンは鉄以外にもクロム又はコバルトを酸化物として球殻内に取り込むことが可能である(R.Tsukamoto,K.Iwahori,M.Muraoka,I.Yamashita,Bull.Chem.Soc.Jpn.,2005,78,2075-2081(非特許文献1))。また、半導体の材料である硫化カドミウム又は硫化亜鉛をフェリチンの球殻内に合成した例が報告されている(K.Iwahori,I.Yamashita,Nanotechnology,2008,19,495601(非特許文献2)、I.Yamashita,K.Iwahori,S.Kumagai,Biochim.Biophys.Acta,2010,1800,846-857(非特許文献3))。上述のような特性からフェリチンは量子ドット又は内部メモリーへの応用も期待されている。 Ferritin has a spherical shell shape and exhibits higher thermal stability and pH stability than ordinary proteins. Therefore, ferritin is used in drug delivery system research. In addition to iron, ferritin can incorporate chromium or cobalt as oxides into the spherical shell (R. Tsukamoto, K. Iwahori, M. Muraoka, I. Yamashita, Bull. Chem. Soc. Jpn., 2005, 78, 2075-2081 (Non-Patent Document 1)). In addition, an example of synthesizing cadmium sulfide or zinc sulfide, which is a semiconductor material, in the spherical shell of ferritin has been reported (K. Iwahori, I. Yamashita, Nanotechnology, 2008, 19, 495601 (Non-Patent Document 2), I. Yamashita, K. Iwahori, S. Kumagai, Biochim. B. iophys.Acta, 2010, 1800, 846-857 (Non-Patent Document 3)). Due to the properties described above, ferritin is also expected to be applied to quantum dots or internal memories.

以上のようにフェリチンは機能性材料として様々な研究が進んでいるタンパク質の1つである。しかし、その多くはフェリチン24量体(24個のサブユニットからなるフェリチン)である。フェリチンのゲルを作製することでフェリチンの研究発展及び産業への応用が進行することが期待される。 As described above, ferritin is one of the proteins for which various studies are being conducted as functional materials. However, most of them are ferritin 24-mers (ferritins consisting of 24 subunits). The production of ferritin gel is expected to promote the research and development of ferritin and its industrial application.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、フェリチン様サブユニットに由来するポリペプチドを主成分とするゲル組成物及びゲル乾燥物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gel composition and a dried gel product containing a polypeptide derived from a ferritin-like subunit as a main component.

本発明者らは、鋭意研究を行った結果、所定の濃度のフェリチンのサブユニットを含む溶液を酸性状態にして再び元のpHに戻すことによって、ゲル組成物が得られることを見いだし、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下の通りである。 As a result of intensive research, the present inventors have found that a gel composition can be obtained by making a solution containing ferritin subunits at a predetermined concentration into an acidic state and returning it to the original pH, and completed the present invention. That is, the present invention is as follows.

[1]フェリチン様サブユニットのアミノ酸配列を有するポリペプチド、及び、液体物質を含むゲル組成物。
[2]上記フェリチン様サブユニットのアミノ酸配列は、
(A)配列表の配列番号1~4のいずれかに記載のアミノ酸配列、
(B)配列表の配列番号1~4のいずれかに記載のアミノ酸配列において少なくとも1個のアミノ酸が置換、欠失、挿入又は付加されたアミノ酸配列、及び
(C)配列表の配列番号1~4のいずれかに記載のアミノ酸配列に対して90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列、
からなる群より選択されるアミノ酸配列からなる、[1]に記載のゲル組成物。
[3]Fe、Co、Ni、Cu、Pd又はPtに対する金属捕捉能を有する、[1]又は[2]に記載のゲル組成物。
[4]上記液体物質は、水、又はアルコールである、[1]~[3]のいずれかに記載のゲル組成物。
[5][1]~[4]のいずれかに記載のゲル組成物から上記液体物質が除去されている、ゲル乾燥物。
[1] A gel composition comprising a polypeptide having an amino acid sequence of a ferritin-like subunit and a liquid substance.
[2] The amino acid sequence of the ferritin-like subunit is
(A) an amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOS: 1 to 4 in the sequence listing;
(B) an amino acid sequence in which at least one amino acid is substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 1 to 4 in the sequence listing;
The gel composition according to [1], which consists of an amino acid sequence selected from the group consisting of:
[3] The gel composition according to [1] or [2], which has metal-trapping ability for Fe, Co, Ni, Cu, Pd or Pt.
[4] The gel composition according to any one of [1] to [3], wherein the liquid substance is water or alcohol.
[5] A dried gel obtained by removing the liquid substance from the gel composition according to any one of [1] to [4].

本発明によれば、フェリチン様サブユニットに由来するポリペプチドを主成分とするゲル組成物及びゲル乾燥物を提供することが可能になる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a gel composition and a dried gel product containing a polypeptide derived from a ferritin-like subunit as a main component.

フェリチン24量体及びフェリチンのサブユニットの構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the structures of a ferritin 24-mer and subunits of ferritin. フェリチンのゲル化の手順を説明する写真である。It is a photograph explaining the procedure of gelation of ferritin. 本実施形態に係るゲル組成物における吸水性の検討を示す写真である。It is a photograph showing a study of water absorption in the gel composition according to the present embodiment. 本実施形態に係るゲル組成物における鉄捕捉能の検討を示す写真である。4 is a photograph showing a study of the iron-trapping ability of the gel composition according to the present embodiment. 本実施形態に係るゲル組成物における金属捕捉能の検討を示す写真(金属添加前)である。4 is a photograph (before addition of metal) showing a study of the metal-capturing ability of the gel composition according to the present embodiment. 本実施形態に係るゲル組成物における金属捕捉能の検討を示す写真(金属添加後)である。4 is a photograph (after addition of metal) showing a study of the metal-capturing ability of the gel composition according to the present embodiment. 本実施形態に係るゲル組成物における金属捕捉能の検討を示す写真(水洗浄後)である。4 is a photograph (after washing with water) showing a study of the metal-capturing ability of the gel composition according to the present embodiment. 本実施形態に係るゲル組成物における金属捕捉能の検討を示す写真(EDTA添加後)である。4 is a photograph (after addition of EDTA) showing a study of the metal-trapping ability of the gel composition according to the present embodiment.

以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。ここで、本明細書において「A~B」という形式の表記は、範囲の上限下限(すなわちA以上B以下)を意味し、Aにおいて単位の記載がなく、Bにおいてのみ単位が記載されている場合、Aの単位とBの単位とは同じである。 Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these. Here, in the present specification, the notation of the format "A to B" means the upper and lower limits of the range (that is, A to B or less), and when no unit is described in A and only a unit is described in B, the unit of A and the unit of B are the same.

≪ゲル組成物≫
本実施形態に係るゲル組成物は、フェリチン様サブユニットのアミノ酸配列を有するポリペプチド(以下、「フェリチン様ポリペプチド」と記載する場合がある。)、及び、液体物質を含む。上記ゲル組成物は、フェリチン様ポリペプチドを含むためFe等に対する金属捕捉能を有する。「金属捕捉能」については後述する。
本実施形態において「ゲル組成物」とは、液体分散媒中に固体分散質が分散しているコロイドであって、流動性を失って固化したものをいう。
本実施形態において「フェリチン」は、公知のあらゆる生物種由来のフェリチンを意味する。このようなフェリチンとしては、例えば、ウマ由来フェリチン(配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するサブユニットから構成されるフェリチン)、ヒト由来フェリチン(配列番号3に記載のアミノ酸配列を有するサブユニットから構成されるフェリチン)、マウス由来フェリチン(配列番号4に記載のアミノ酸配列を有するサブユニットから構成されるフェリチン)等が挙げられる。
<<Gel composition>>
The gel composition according to this embodiment contains a polypeptide having a ferritin-like subunit amino acid sequence (hereinafter sometimes referred to as "ferritin-like polypeptide") and a liquid substance. Since the gel composition contains a ferritin-like polypeptide, it has metal-capturing ability for Fe and the like. "Metal-capturing ability" will be described later.
In the present embodiment, the term "gel composition" refers to a colloid in which solid dispersoids are dispersed in a liquid dispersion medium, and which has lost fluidity and solidified.
In the present embodiment, "ferritin" means ferritin derived from any known biological species. Examples of such ferritin include horse-derived ferritin (ferritin composed of a subunit having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2), human-derived ferritin (ferritin composed of a subunit having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3), mouse-derived ferritin (ferritin composed of a subunit having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4), and the like.

<フェリチン様サブユニットのアミノ酸配列を有するポリペプチド>
本実施形態において「フェリチン様サブユニット」は、フェリチンを構成するサブユニット及びその変異体を含む。言い換えると本実施形態において「フェリチン様サブユニット」は、野生型のフェリチンのサブユニット、及び変異型のフェリチンのサブユニットの両方が含まれる。野生型のフェリチンのサブユニットとしては、配列番号2~4のいずれかに記載のアミノ酸配列を有するサブユニットが挙げられる。変異型のフェリチンのサブユニットとしては、配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するサブユニットが挙げられる。
<Polypeptide having ferritin-like subunit amino acid sequence>
In the present embodiment, the "ferritin-like subunit" includes subunits that constitute ferritin and variants thereof. In other words, the “ferritin-like subunit” in this embodiment includes both wild-type ferritin subunits and mutant ferritin subunits. A subunit of wild-type ferritin includes a subunit having an amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOS: 2-4. Subunits of mutant ferritin include subunits having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:1.

本実施形態において「ポリペプチド」とは、2以上のアミノ酸がペプチド結合することによって形成される分子を意味する。本実施形態において上記フェリチン様ポリペプチドは、160~190アミノ酸残基のアミノ酸配列からなるポリペプチドを含むことが好ましく、165~185アミノ酸残基のアミノ酸配列からなるポリペプチドを含むことがより好ましく、168~183アミノ酸残基のアミノ酸配列からなるポリペプチドを含むことが更に好ましい。 In this embodiment, "polypeptide" means a molecule formed by peptide bonding of two or more amino acids. In the present embodiment, the ferritin-like polypeptide preferably contains a polypeptide consisting of an amino acid sequence of 160 to 190 amino acid residues, more preferably a polypeptide consisting of an amino acid sequence of 165 to 185 amino acid residues, even more preferably a polypeptide consisting of an amino acid sequence of 168 to 183 amino acid residues.

上記フェリチン様サブユニットのアミノ酸配列は、
(A)配列表の配列番号1~4のいずれかに記載のアミノ酸配列、
(B)配列表の配列番号1~4のいずれかに記載のアミノ酸配列において少なくとも1個のアミノ酸が置換、欠失、挿入又は付加されたアミノ酸配列、及び
(C)配列表の配列番号1~4のいずれかに記載のアミノ酸配列に対して90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列、
からなる群より選択されるアミノ酸配列からなることが好ましい。
The amino acid sequence of the ferritin-like subunit is
(A) an amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 1 to 4 in the sequence listing;
(B) an amino acid sequence in which at least one amino acid is substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 1 to 4 in the sequence listing;
It preferably consists of an amino acid sequence selected from the group consisting of

上記(B)のアミノ酸配列について、配列表の配列番号1~4のいずれかに記載のアミノ酸配列における置換、欠失、挿入又は付加されたアミノ酸残基(変異されたアミノ酸残基)の数は、少なくとも1個、好ましくは1~20個、より好ましくは1~10個、更に好ましくは1~5個である。変異されたアミノ酸配列は、天然に存在するアミノ酸配列、すなわち、自然発生による変異を有するアミノ酸配列であってもよく、人為的に所望の部位に変異を行ったアミノ酸配列であってもよい。人為的に所望の部位に変異を行う場合、自然発生による変異を有するアミノ酸配列に準じて人為的に変異を行ってもよい。 Regarding the amino acid sequence (B) above, the number of substituted, deleted, inserted or added amino acid residues (mutated amino acid residues) in the amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOS: 1 to 4 in the sequence listing is at least 1, preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, and still more preferably 1 to 5. The mutated amino acid sequence may be a naturally occurring amino acid sequence, that is, an amino acid sequence having spontaneous mutations, or an amino acid sequence artificially mutated at a desired site. When artificially mutating a desired site, it may be artificially mutated according to an amino acid sequence having naturally occurring mutations.

上記(C)のアミノ酸配列において、配列同一性は、参照配列(例えば、配列表の配列番号1~4に記載のアミノ酸配列)に対して、クエリー配列(評価対象のアミノ酸配列)を、適切にアラインメントし、算出された値である。具体的には、配列同一性は、CLUSTALアルゴリズムで算出することができる。 In the amino acid sequence (C) above, the sequence identity is a value calculated by appropriately aligning the query sequence (amino acid sequence to be evaluated) with the reference sequence (for example, the amino acid sequences set forth in SEQ ID NOs: 1 to 4 in the sequence listing). Specifically, sequence identity can be calculated with the CLUSTAL algorithm.

本実施形態においては、配列同一性は、高いほど好ましく、具体的には、90%以上、95%以上又は98%以上である。配列同一性の上限は特に制限されないが、例えば、100%未満である。 In this embodiment, the higher the sequence identity, the better, specifically 90% or more, 95% or more, or 98% or more. Although the upper limit of sequence identity is not particularly limited, it is, for example, less than 100%.

上記フェリチン様ポリペプチドは、その含有割合が上記ゲル組成物全体に対して、10質量%以上100質量%未満であってもよいし、20質量%以上100質量%未満であってもよいし、20質量%以上50質量%以下であってもよい。 The content of the ferritin-like polypeptide may be 10% by mass or more and less than 100% by mass, may be 20% by mass or more and less than 100% by mass, or may be 20% by mass or more and 50% by mass or less.

また、上記フェリチン様ポリペプチドは、入手方法、製造方法は特に制限されないが、例えば、野生型のフェリチンに由来するポリペプチド、リコンビナントポリペプチド又は合成されたポリペプチドであってもよい。 In addition, the ferritin-like polypeptide is not particularly limited in terms of method of acquisition or production, and may be, for example, a polypeptide derived from wild-type ferritin, a recombinant polypeptide, or a synthesized polypeptide.

「野生型のフェリチン」としては、例えば、上述のウマ由来フェリチン、ヒト由来フェリチン、マウス由来フェリチン等が挙げられる。これらは、上記哺乳動物の血液等から得ることができる。具体的には、上記血液から血漿成分を採取し、採取された血漿成分から公知の方法によってフェリチンを精製すればよい。 "Wild-type ferritin" includes, for example, the above-described horse-derived ferritin, human-derived ferritin, mouse-derived ferritin, and the like. These can be obtained from the blood of the mammals mentioned above. Specifically, a plasma component is collected from the blood, and ferritin is purified from the collected plasma component by a known method.

「リコンビナントポリペプチド」とは、大腸菌、酵母、培養細胞等を宿主として、遺伝子組換え技術を用いて人工的に作製したポリペプチドを意味する。リコンビナントポリペプチドの製造方法としては、従来から知られている方法を用いればよい。具体的には、例えば以下の方法が挙げられる。まず、目的のポリペプチドをコードする塩基配列を有するベクターを宿主である大腸菌に導入し、形質転換を行う。形質転換した大腸菌を所定の培地で培養することによって、当該大腸菌に目的のポリペプチドを合成させる。 A "recombinant polypeptide" means a polypeptide artificially produced using genetic recombination technology using Escherichia coli, yeast, cultured cells, or the like as a host. As a method for producing a recombinant polypeptide, a conventionally known method may be used. Specifically, the following methods are mentioned, for example. First, a vector having a nucleotide sequence encoding a desired polypeptide is introduced into E. coli as a host for transformation. By culturing the transformed E. coli in a predetermined medium, the E. coli is allowed to synthesize the desired polypeptide.

「合成されたポリペプチド」とは、原料であるアミノ酸を逐次結合させていくことによって生成されるポリペプチドを意味する。アミノ酸からの合成方法としては、例えば、固相合成法と液相合成法が挙げられる。固相合成法としては、例えば、Fmoc法、Boc法等が挙げられる。本実施形態に係るポリペプチドは、いずれの方法で合成してもよい。 A "synthetic polypeptide" means a polypeptide produced by sequentially linking starting amino acids. Methods of synthesizing from amino acids include, for example, solid-phase synthesis and liquid-phase synthesis. Solid-phase synthesis methods include, for example, the Fmoc method and the Boc method. The polypeptide according to this embodiment may be synthesized by any method.

例えば、上記ポリペプチドは、プロリンを担体ポリスチレンに固定し、アミノ基の保護としてfluorenyl-methoxy-carbonyl基(Fmoc基)又はtert-Butyl Oxy Carbonyl基(Boc基)を使用する公知の固相合成法により合成することができる。 For example, the above polypeptide can be synthesized by a known solid-phase synthesis method in which proline is immobilized on a polystyrene carrier and a fluorenyl-methoxy-carbonyl group (Fmoc group) or tert-Butyl OxyCarbonyl group (Boc group) is used as amino group protection.

<液体物質>
本実施形態において「液体物質」は、上記ゲル組成物が安定に存在できる限り、特に制限は無い。上記液体物質は、水又はアルコールであることが好ましい。上記アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール及びブタノール等が挙げられる。生体適合性の観点から、上記液体物質は水であることが好ましい。
<Liquid substance>
In the present embodiment, the "liquid substance" is not particularly limited as long as the gel composition can exist stably. Preferably, the liquid substance is water or alcohol. Examples of the alcohol include methanol, ethanol, propanol and butanol. From the viewpoint of biocompatibility, the liquid substance is preferably water.

上記液体物質は、その含有割合が上記ゲル組成物全体に対して、0質量%を超えて、90質量%以下であってもよいし、0質量%を超えて、80質量%以下であってもよいし、50質量%以上80質量%以下であってもよい。 The content of the liquid substance may be greater than 0% by mass and 90% by mass or less, may be greater than 0% by mass and may be 80% by mass or less, or may be 50% by mass or more and 80% by mass or less.

<その他の成分>
本実施形態におけるゲル組成物は、上記ゲル組成物が安定に存在できる限り、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、例えば、緩衝剤、pH調整剤、無機塩等が挙げられる。
<Other ingredients>
The gel composition in this embodiment may contain other components as long as the gel composition can exist stably. Other components include, for example, buffers, pH adjusters, inorganic salts and the like.

≪ゲル組成物の物性≫
<金属捕捉能>
本実施形態に係るゲル組成物は、Fe、Co、Ni、Cu、Pd又はPtに対する金属捕捉能を有することが好ましい。ここで、「金属捕捉能」とは、金属原子又は金属イオンを上記ゲル組成物中にとどめておき、上記ゲル組成物の外へ拡散することを抑制する能力を意味する。上記ゲル組成物は、フェリチン様ポリペプチドを含むため、Fe、Coを捕捉することに特に優れている。このように上記ゲル組成物は、所定の金属に対する金属捕捉能を有することから、例えば、工業廃水から毒性のある金属を除去する際に用いることができる。
<<Physical properties of the gel composition>>
<Metal capturing ability>
The gel composition according to the present embodiment preferably has a metal trapping ability for Fe, Co, Ni, Cu, Pd or Pt. Here, the term "metal trapping ability" means the ability to keep metal atoms or metal ions in the gel composition and prevent them from diffusing out of the gel composition. Since the gel composition contains a ferritin-like polypeptide, it is particularly excellent in trapping Fe and Co. Since the gel composition has a metal-trapping ability for a given metal, it can be used, for example, to remove toxic metals from industrial wastewater.

<熱安定性>
本実施形態にかかるゲル組成物は、25~60℃において安定であることが好ましい。ここで、「25~60℃において安定である」とは、25~60℃において、上記ゲル組成物が分解、変性等を起こすことなく、ゲルの状態を維持していることを意味する。
<Thermal stability>
The gel composition according to this embodiment is preferably stable at 25-60°C. Here, "stable at 25 to 60°C" means that the gel composition maintains its gel state at 25 to 60°C without causing decomposition, denaturation, or the like.

≪ゲル乾燥物及びその物性≫
本実施形態に係るゲル乾燥物は、上記ゲル組成物から上記液体物質が除去されている。本実施形態の一側面において、上記ゲル乾燥物は、上記液体物質に対する吸収能を有することが好ましい。すなわち、上記ゲル乾燥物は、例えば吸水材として好適に用いることが可能である。
≪Gel dried product and its physical properties≫
The dried gel according to the present embodiment is obtained by removing the liquid substance from the gel composition. In one aspect of the present embodiment, it is preferable that the dried gel material has absorbability for the liquid substance. That is, the dried gel can be suitably used, for example, as a water absorbing material.

≪ゲル組成物の製造方法≫
本実施形態に係るゲル組成物の製造方法は、
フェリチン様サブユニットのアミノ酸配列を有するポリペプチドを含むフェリチン溶液を準備する工程(以下、「第一工程」という場合がある。)と、
上記フェリチン溶液のpHを下げる工程(以下、「第二工程」という場合がある。)と、
上記フェリチン溶液のpHを上げる工程(以下、「第三工程」という場合がある。)と、を含む。以下各工程について説明する。
<<Method for producing gel composition>>
The method for producing a gel composition according to this embodiment includes:
a step of preparing a ferritin solution containing a polypeptide having an amino acid sequence of a ferritin-like subunit (hereinafter sometimes referred to as "first step");
a step of lowering the pH of the ferritin solution (hereinafter sometimes referred to as a “second step”);
and a step of increasing the pH of the ferritin solution (hereinafter sometimes referred to as a “third step”). Each step will be described below.

<第一工程>
第一工程では、フェリチン様サブユニットのアミノ酸配列を有するポリペプチド(フェリチン様ポリペプチド)を含むフェリチン溶液を準備する。フェリチン様ポリペプチドは、上述したように公知の方法によって製造すればよい。
<First step>
In the first step, a ferritin solution containing a polypeptide having an amino acid sequence of ferritin-like subunits (ferritin-like polypeptide) is prepared. A ferritin-like polypeptide may be produced by a known method as described above.

上記フェリチン溶液における溶媒は、例えば、水、生理食塩水、Tris-HCl緩衝液、他の緩衝液、無機塩水等が挙げられる。なお、「Tris」はトリスヒドロキシメチルアミノメタンの略称である。 Solvents in the ferritin solution include, for example, water, physiological saline, Tris-HCl buffer, other buffers, inorganic salt water, and the like. "Tris" is an abbreviation for trishydroxymethylaminomethane.

上記フェリチン様ポリペプチドの濃度(サブユニット単位の濃度)は、6mMを超えていることが好ましく、6mMを超えて24mM以下であることがより好ましい。フェリチン様ポリペプチドの濃度を上述の範囲にすることで、後工程においてゲル化が進行しやすい傾向がある。 The concentration of the ferritin-like polypeptide (subunit unit concentration) is preferably above 6 mM, more preferably above 6 mM and 24 mM or less. By setting the concentration of the ferritin-like polypeptide within the above range, gelation tends to proceed easily in the subsequent steps.

上記フェリチン溶液のpHは、5以上であることが好ましく、7以上9以下であることがより好ましい。 The pH of the ferritin solution is preferably 5 or more, more preferably 7 or more and 9 or less.

<第二工程>
第二工程では、上記フェリチン溶液のpHを下げる。上記フェリチン溶液のpHを下げる方法は特に制限されないが、例えば、所定量の1M塩酸を上記フェリチン溶液に加える方法が挙げられる。pHを下げることで、上記フェリチン溶液中のフェリチン様ポリペプチドが変性して白濁する(例えば、図2の(A))。
<Second step>
In the second step, the pH of the ferritin solution is lowered. Although the method for lowering the pH of the ferritin solution is not particularly limited, for example, a method of adding a predetermined amount of 1M hydrochloric acid to the ferritin solution can be used. By lowering the pH, the ferritin-like polypeptide in the ferritin solution is denatured and becomes cloudy (for example, (A) in FIG. 2).

第二工程において、上記フェリチン溶液のpHは1以下にすることが好ましく、0.5以上0.7未満にすることがより好ましく、0.5以上0.6以下にすることが更に好ましい。pHを上述の範囲まで下げることで、後工程においてゲル化が進行しやすい傾向がある。 In the second step, the pH of the ferritin solution is preferably 1 or less, more preferably 0.5 or more and less than 0.7, and even more preferably 0.5 or more and 0.6 or less. By lowering the pH to the range described above, there is a tendency for gelation to proceed more easily in subsequent steps.

<第三工程>
第三工程では、上記フェリチン溶液のpHを上げる。上記フェリチン溶液のpHを上げる方法は特に制限されないが、例えば、所定量の1M水酸化ナトリウム水溶液を上記フェリチン溶液に加える方法が挙げられる。pHを上げることで、上記フェリチン溶液中のフェリチン様ポリペプチドがリフォールディングして、ゲル化が進行し、ゲル組成物が得られる(例えば、図2の(B))。
<Third step>
In the third step, the pH of the ferritin solution is raised. A method for increasing the pH of the ferritin solution is not particularly limited, but an example thereof includes a method of adding a predetermined amount of 1M sodium hydroxide aqueous solution to the ferritin solution. By raising the pH, the ferritin-like polypeptide in the ferritin solution is refolded, gelation proceeds, and a gel composition is obtained (eg, (B) in FIG. 2).

第三工程において、上記フェリチン溶液のpHは5以上にすることが好ましく、7以上9以下にすることがより好ましい。pHを上述の範囲まで上げることで、ゲル化が進行しやすい傾向がある。 In the third step, the pH of the ferritin solution is preferably 5 or more, more preferably 7 or more and 9 or less. By increasing the pH to the above range, gelation tends to proceed.

上述のようにして得られたゲル組成物は、そのまま目的の用途に使用してもよい。また、上記ゲル組成物を目的の液体物質に浸漬して、上記フェリチン溶液の溶媒から上記液体物質に置換した後に目的の用途に使用することもできる。 The gel composition obtained as described above may be used for the purpose as it is. Alternatively, the gel composition can be immersed in a target liquid substance to replace the solvent of the ferritin solution with the liquid substance, and then used for the target application.

さらに、上記第三工程の後に、上記ゲル組成物を公知の方法によって乾燥させ、液体物質を除去することでゲル乾燥物を得ることができる。 Furthermore, after the third step, the gel composition is dried by a known method to remove the liquid substance, thereby obtaining a dried gel.

以下、実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。特に明記しない限り、各種操作は、モレキュラークローニング ア ラボラトリー マニュアル(Molecular Cloning A Laboratory Manual)第2版(ザンブルーク(Sambrook, J)ら、1989年)に従って行った。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Unless otherwise stated, various manipulations were performed according to the Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition (Sambrook, J. et al., 1989).

≪ウマ由来のフェリチン様ポリペプチドを含むゲル組成物の作製≫
<ウマ由来フェリチン様ポリペプチドの作製>
(LB培地の作製)
LB Broth(ナカライテスク株式会社製、商品名、50g)を水道水(2L)で溶解し、滅菌処理前のルリア-ベルターニ培地(LB培地)を得た。得られたLB培地に対してオートクレーブ処理(120℃、1.2気圧、20分間)を行うことにより滅菌処理を行った。滅菌処理後のLB培地を放冷により室温まで冷ました。その後、予め滅菌フィルター(孔径0.22μm、メルクミリポア社製)に通したアンピシリン溶液(Amp、和光純薬工業株式会社製、100μg/mL)を、当該LB培地1Lあたり1mL添加した。以上の手順により、アンピシリンを含むLB培地を作製した。
<<Preparation of gel composition containing horse-derived ferritin-like polypeptide>>
<Preparation of horse-derived ferritin-like polypeptide>
(Preparation of LB medium)
LB Broth (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd., trade name, 50 g) was dissolved in tap water (2 L) to obtain a pre-sterilized Luria-Bertani medium (LB medium). The obtained LB medium was sterilized by autoclaving (120° C., 1.2 atm, 20 minutes). The sterilized LB medium was allowed to cool to room temperature. Thereafter, 1 mL of an ampicillin solution (Amp, Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 100 μg/mL) that had been passed through a sterilizing filter (pore size 0.22 μm, Merck Millipore) was added per 1 L of the LB medium. An LB medium containing ampicillin was prepared by the above procedure.

(ウマ由来フェリチン様遺伝子を含む大腸菌の作製)
公知の遺伝子工学的手法により、ウマ由来のフェリチン様サブユニットのアミノ酸配列(配列番号1)をコードする遺伝子(以下、「ウマ由来フェリチン様遺伝子」という場合がある。)を、プラスミド(pMK2)のマルチクローニングサイトに挿入して、ウマ由来フェリチン様遺伝子を有するプラスミドを構築した。その後、公知の遺伝子工学的手法により、構築したプラスミドを大腸菌(商品名:NovaBlue、メルクミリポア社製)に導入した。以上の手順により、ウマ由来フェリチン様遺伝子を有するプラスミドが導入された大腸菌を作製した。当該大腸菌は、グリセロールストックとして-80℃にて保存した。なお、配列番号1に記載のアミノ酸配列は、ウマ由来フェリチンサブユニットのアミノ酸配列(配列番号2)におけるN末端の8アミノ酸残基を欠失させたアミノ酸配列である。
(Preparation of Escherichia coli containing a horse-derived ferritin-like gene)
A gene encoding the amino acid sequence of the horse-derived ferritin-like subunit (SEQ ID NO: 1) (hereinafter sometimes referred to as "horse-derived ferritin-like gene") was inserted into the multicloning site of the plasmid (pMK2) by a known genetic engineering method to construct a plasmid having the horse-derived ferritin-like gene. Then, the constructed plasmid was introduced into Escherichia coli (trade name: NovaBlue, manufactured by Merck Millipore) by a known genetic engineering technique. E. coli into which a plasmid containing a horse-derived ferritin-like gene was introduced was prepared by the above procedure. The E. coli was stored at -80°C as a glycerol stock. The amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 is an amino acid sequence obtained by deleting the N-terminal 8 amino acid residues in the amino acid sequence of the horse-derived ferritin subunit (SEQ ID NO: 2).

(大腸菌の培養)
(1)前々培養
ウマ由来フェリチン様遺伝子を有するプラスミドが導入された大腸菌をグリセロールストックからLB培地2mLに植菌し、振盪培養した(37℃、200rpm、14時間)。
(2)前培養
前々培養した培養液2mLをLB培地300mLに添加し、振盪培養した(37℃、170rpm、5時間)。
(3)本培養
前培養した培養液50mLをLB培地2Lに加え、振盪培養した(37℃、110rpm、24時間)。以上の手順で、ウマ由来のフェリチン様サブユニットのアミノ酸配列を有するポリペプチド(フェリチン様ポリペプチド)を含む大腸菌を培養した。
(Escherichia coli culture)
(1) Pre-preculture Escherichia coli into which a plasmid having a horse-derived ferritin-like gene was introduced was inoculated from a glycerol stock into 2 mL of LB medium and cultured with shaking (37° C., 200 rpm, 14 hours).
(2) Pre-Culture 2 mL of the pre-pre-cultured culture solution was added to 300 mL of LB medium and cultured with shaking (37° C., 170 rpm, 5 hours).
(3) Main Culture 50 mL of the precultured culture solution was added to 2 L of LB medium and cultured with shaking (37° C., 110 rpm, 24 hours). E. coli containing a polypeptide having an amino acid sequence of a horse-derived ferritin-like subunit (ferritin-like polypeptide) was cultured according to the above procedure.

(ウマ由来のフェリチン様ポリペプチドの粗生成物の作製)
(1)上述の工程で得られた大腸菌を含む培養液を遠心分離(4℃、8000rpm、6分間)することにより、上記大腸菌を沈殿物として回収した(菌体質量:約50g)。
(2)得られた菌体を液体窒素で凍結した。その後、菌体量1gに対して10mLの50mMTris-HCl緩衝液(pH8.0)を添加して菌体を懸濁させた。菌体を含む懸濁液を、4℃で10分間攪拌した。
(3)得られた懸濁液(10mL、菌体10g分)を氷上で超音波破砕した(出力40%、1秒間破砕-2秒間停止のサイクルを、合計10分間)。
(4)超音波破砕後の懸濁液を遠心分離(4℃、15000rpm、15分間)した。その後、上清を回収した。
(5)回収した上清をインキュベートし(60℃、20分間)、遠心分離(4℃、17000rpm、10分間)を行い、更に上清を回収した。以上の手順でフェリチン様ポリペプチドの粗生成物を得た。
(Preparation of crude product of horse-derived ferritin-like polypeptide)
(1) The E. coli-containing culture solution obtained in the above step was centrifuged (4° C., 8000 rpm, 6 minutes) to recover the E. coli as a precipitate (cell mass: about 50 g).
(2) The obtained cells were frozen with liquid nitrogen. Thereafter, 10 mL of 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) was added to 1 g of the cells to suspend the cells. The suspension containing the cells was stirred at 4°C for 10 minutes.
(3) The resulting suspension (10 mL, 10 g of cells) was sonicated on ice (output 40%, 1 second crush-2 second stop cycle, total 10 minutes).
(4) The suspension after sonication was centrifuged (4°C, 15000 rpm, 15 minutes). The supernatant was then collected.
(5) The recovered supernatant was incubated (60°C, 20 minutes), centrifuged (4°C, 17000 rpm, 10 minutes), and the supernatant was recovered. A crude ferritin-like polypeptide was obtained by the above procedure.

(ウマ由来のフェリチン様ポリペプチドの精製)
(1)まず、陰イオン交換カラム担体Q-セファロース(GE Healthcare)を50mM Tris-HCl緩衝液(pH8.5)で平衡化させた。その後、抽出したフェリチン様ポリペプチドの粗生成物を、当該陰イオン交換カラム担体に吸着させた。続いて、200mM NaClを含む50mM Tris-HCl緩衝液(pH8.5)を当該陰イオン交換カラムに流した。その後300mM NaClを含む50mM Tris-HCl緩衝液(pH8.5)を当該陰イオン交換カラムに流すことでフェリチン様ポリペプチドを溶出させた。
(2)抽出したフェリチン様ポリペプチドの溶液(以下、「フェリチン溶液」という場合がある。)を50mM Tris-HCl緩衝液(pH8.5)で2倍希釈し、溶液をフィルター(孔径0.22μm、メルクミリポア社製)に通した。フィルターに通したフェリチン溶液を、FPLC(Fast Protein Liquid Chromatography)(BioLogic DuoFlowシステム、BIO-RAD社製)を用いて陰イオン交換カラムクロマトグラフィーによって精製した。FPLCの条件を以下に示す。
[FPLC条件]
カラム :HiTrap Q HP (GE Healthcare社製)
流速 :3.0 mL/min
緩衝液A :50mM Tris-HCl緩衝液(pH8.5)
緩衝液B :1.0M NaClを含む50mM Tris-HCl緩衝液(pH8.5)
グラジエント:0→50%B(80mL)
検出波長 :280nm
(Purification of horse-derived ferritin-like polypeptide)
(1) First, the anion exchange column carrier Q-Sepharose (GE Healthcare) was equilibrated with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5). Thereafter, the extracted crude ferritin-like polypeptide was adsorbed onto the anion exchange column carrier. Subsequently, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5) containing 200 mM NaCl was run through the anion exchange column. After that, a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5) containing 300 mM NaCl was passed through the anion exchange column to elute the ferritin-like polypeptide.
(2) A solution of the extracted ferritin-like polypeptide (hereinafter sometimes referred to as "ferritin solution") was diluted twice with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5), and the solution was passed through a filter (0.22 μm pore size, manufactured by Merck Millipore). The filtered ferritin solution was purified by anion exchange column chromatography using FPLC (Fast Protein Liquid Chromatography) (BioLogic DuoFlow system, manufactured by BIO-RAD). FPLC conditions are shown below.
[FPLC conditions]
Column: HiTrap Q HP (manufactured by GE Healthcare)
Flow rate: 3.0 mL/min
Buffer A: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5)
Buffer B: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5) containing 1.0 M NaCl
Gradient: 0→50% B (80 mL)
Detection wavelength: 280 nm

(3)Amicon Ultra-15(MWCO 10000、メルクミリポア社製)を用いて、精製したフェリチン溶液(約30mL)を約10mLに濃縮した。濃縮されたフェリチン溶液を、フィルターに通して沈殿物などの不純物を除いた。その後、当該フェリチン溶液を、FPLC(AKTAprime plus、GE Healthcare)を用いたゲルろ過カラムクロマトグラフィーにより精製した。FPLCの条件を以下に示す。
[FPLC条件]
カラム :HiPrep 26/60 Sephacryl S-300 HR(GE Healthcare社製)
流速 :1.0mL/分間
緩衝液 :150mM NaClを含む50mM Tris-HCl緩衝液(pH8.5)
検出波長:280nm
(3) Amicon Ultra-15 (MWCO 10000, manufactured by Merck Millipore) was used to concentrate the purified ferritin solution (about 30 mL) to about 10 mL. The concentrated ferritin solution was passed through a filter to remove impurities such as precipitates. After that, the ferritin solution was purified by gel filtration column chromatography using FPLC (AKTA prime plus, GE Healthcare). FPLC conditions are shown below.
[FPLC conditions]
Column: HiPrep 26/60 Sephacryl S-300 HR (manufactured by GE Healthcare)
Flow rate: 1.0 mL/min Buffer: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5) containing 150 mM NaCl
Detection wavelength: 280 nm

(4)得られたフェリチン溶液におけるフェリチンの精製度をSDS-PAGEで確認したところ、95%以上であった。
以上の手順によって、ウマ由来のフェリチン様ポリペプチドを作製した。
(4) The purity of ferritin in the obtained ferritin solution was confirmed by SDS-PAGE and found to be 95% or more.
Horse-derived ferritin-like polypeptides were prepared by the above procedure.

<フェリチン様ポリペプチドのゲル化>
(ウマ由来のフェリチン様ポリペプチドを含むゲル組成物の生成)
(1)精製したフェリチン溶液をAmicon Ultra-15(MWCO 10000、メルクミリポア社製)を用いて約12mM(サブユニット単位のモル濃度)になるまで濃縮した。
(2)濃縮した微量(約10μL)のフェリチン溶液に1.0M塩酸を10μL加え、フェリチン様ポリペプチドを白色に変性させた(pH0.5)(図2の(A))。
(3)その後、変性したフェリチン様ポリペプチドを含む溶液に1.0M水酸化ナトリウム水溶液を10μL加え当該溶液のpHを8.5に上げた。以上の手順でウマ由来フェリチン様ポリペプチドを含むゲル組成物を生成した(図2の(B))。
<Gelling of ferritin-like polypeptide>
(Generation of gel composition containing horse-derived ferritin-like polypeptide)
(1) The purified ferritin solution was concentrated to approximately 12 mM (molar concentration per subunit) using Amicon Ultra-15 (MWCO 10000, Merck Millipore).
(2) 10 μL of 1.0 M hydrochloric acid was added to a trace amount (about 10 μL) of the concentrated ferritin solution to denature the ferritin-like polypeptide to a white color (pH 0.5) ((A) in FIG. 2).
(3) After that, 10 μL of 1.0 M sodium hydroxide aqueous solution was added to the solution containing the denatured ferritin-like polypeptide to raise the pH of the solution to 8.5. A gel composition containing the horse-derived ferritin-like polypeptide was produced by the above procedure (FIG. 2(B)).

(ゲル化条件の検討)
(1)フェリチン溶液をそれぞれ3mM、6mM、12mM及び24mM(全てサブユニット単位のモル濃度)に調製した。
(2)10μLの各フェリチン溶液に、酸変性時のpHがそれぞれ0.5(1.0M塩酸10μL程度)、0.6(1.0M塩酸5.5μL程度)、0.7(1.0M塩酸3.5μL程度)及び0.8(1.0M塩酸2μL程度)となるように塩酸を加えた。その後、加えた塩酸と同量同濃度の水酸化ナトリウム水溶液でフェリチン溶液のpHを上げた(pH8.5)。以上の手順で、フェリチン様ポリペプチドのモル濃度及び酸変性時のpH(第二工程におけるpH)が異なる各条件においてゲル化するかどうかを検証した。結果を表1に示す。表1の結果から、第一工程におけるフェリチン溶液中のフェリチン様ポリペプチドのモル濃度が12mM以上であり、第二工程におけるpHが0.6以下である場合、ゲル化することがわかった。ゲル化には酸変性時の溶液のpHと、フェリチン様ポリペプチドのモル濃度に依存していることがわかった。
(Examination of gelation conditions)
(1) Ferritin solutions were prepared to 3 mM, 6 mM, 12 mM and 24 mM (all subunit molar concentrations).
(2) Hydrochloric acid was added to 10 μL of each ferritin solution so that the pH at the time of acid denaturation was 0.5 (about 10 μL of 1.0 M hydrochloric acid), 0.6 (about 5.5 μL of 1.0 M hydrochloric acid), 0.7 (about 3.5 μL of 1.0 M hydrochloric acid) and 0.8 (about 2 μL of 1.0 M hydrochloric acid). Thereafter, the pH of the ferritin solution was raised (pH 8.5) with an aqueous sodium hydroxide solution having the same amount and concentration as the added hydrochloric acid. In the above procedure, it was verified whether or not the ferritin-like polypeptide was gelled under different conditions of different molar concentrations of the ferritin-like polypeptide and pH during acid denaturation (pH in the second step). Table 1 shows the results. From the results in Table 1, it was found that gelation occurs when the molar concentration of ferritin-like polypeptide in the ferritin solution in the first step is 12 mM or higher and the pH in the second step is 0.6 or lower. It was found that the gelation depends on the pH of the solution at the time of acid denaturation and the molar concentration of the ferritin-like polypeptide.

Figure 0007312429000001
Figure 0007312429000001

≪ゲル組成物の物性≫
(溶解性)
以下の手順で、作製したゲル組成物の溶解性を検証した。まず、約1mLの純水、1.0M塩酸、1.0M水酸化ナトリウム水溶液、メタノール(Wako社製)、2-メルカプトエタノール(Wako社製)(液体)、又は43μMトリプシン(シグマアルドリッチ社製)水溶液に上記ゲル組成物を浸漬して、室温で1週間静置した。その後、上記ゲル組成物が溶解するか検証した。その結果、塩酸、水酸化ナトリウム水溶液、メタノール及び2-メルカプトエタノール溶液に対してゲル組成物は不溶でありゲルの形状を維持していた。一方、トリプシン水溶液を加えると徐々にゲル組成物が分解し、最終的に溶解した。この結果より、ゲル組成物はプロテアーゼ分解性を有していること、ゲル組成物はフェリチン様ポリペプチドで形成されていることが示唆された。
<<Physical properties of the gel composition>>
(solubility)
The solubility of the produced gel composition was verified by the following procedure. First, about 1 mL of pure water, 1.0 M hydrochloric acid, 1.0 M sodium hydroxide aqueous solution, methanol (manufactured by Wako), 2-mercaptoethanol (manufactured by Wako) (liquid), or 43 μM trypsin (manufactured by Sigma-Aldrich) The gel composition was immersed in an aqueous solution and allowed to stand at room temperature for 1 week. After that, it was verified whether the gel composition was dissolved. As a result, the gel composition was insoluble in hydrochloric acid, sodium hydroxide aqueous solution, methanol and 2-mercaptoethanol solution, and maintained its gel form. On the other hand, when an aqueous trypsin solution was added, the gel composition gradually decomposed and finally dissolved. This result suggested that the gel composition had protease decomposability and that the gel composition was formed of a ferritin-like polypeptide.

(熱安定性)
作製したゲル組成物の熱安定性の知見を得るため、20℃~100℃の純水にゲル組成物を30分間浸し、肉眼で形状観察を行った。その結果、80℃ではゲル組成物は徐々に分解していき、100℃では速やかに分解した。一方、60℃以下でインキュベートしてもゲル組成物の形状にほとんど変化は見られず安定であった。以上の結果から、上記ゲル組成物は、野生型のフェリチンと同様の熱安定性を有していることが示唆された。
(Thermal stability)
In order to obtain information on the thermal stability of the gel composition produced, the gel composition was immersed in pure water at 20° C. to 100° C. for 30 minutes, and the shape was observed with the naked eye. As a result, the gel composition gradually decomposed at 80°C and quickly decomposed at 100°C. On the other hand, even when incubated at 60° C. or lower, the shape of the gel composition hardly changed and was stable. These results suggested that the gel composition had thermal stability similar to that of wild-type ferritin.

(組成)
作製したゲル組成物の一部に超純水を加えボルテックスで懸濁し、懸濁液を得た。続いて、0.1%TFA/MilliQ(25μL)と、0.1%TFA/MeCN(50μL)の混合溶液に、約5mgのシナピン酸を飽和させてマトリックス溶液を作製した。得られた懸濁液(1μL)と、上記マトリックス溶液(8μL)とを混合して混合溶液を得た。得られた混合溶液を質量分析用のプレートの上に乗せてマトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計(MALDI-TOF-MS)で分析した。その結果、フェリチンのサブユニットの分子量(理論値:[フェリチンのサブユニット+H]=19148Da)に対応するピークが検出された。これらの結果より、得られたゲル組成物はフェリチン様ポリペプチドで形成されていることが判明した。
(composition)
Ultrapure water was added to a portion of the prepared gel composition and suspended by vortexing to obtain a suspension. Subsequently, a mixed solution of 0.1% TFA/MilliQ (25 μL) and 0.1% TFA/MeCN (50 μL) was saturated with about 5 mg of sinapinic acid to prepare a matrix solution. The resulting suspension (1 μL) and the above matrix solution (8 μL) were mixed to obtain a mixed solution. The resulting mixed solution was placed on a plate for mass spectrometry and analyzed with a matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometer (MALDI-TOF-MS). As a result, a peak corresponding to the molecular weight of the ferritin subunit (theoretical value: [ferritin subunit+H] + =19148 Da) was detected. These results revealed that the obtained gel composition was formed of a ferritin-like polypeptide.

(吸水性)
ゲル組成物を100℃で10分熱乾燥処理により脱水させゲル乾燥物を得た。その後得られたゲル乾燥物に超純水を加え、室温で1時間インキュベートし、再びゲル組成物とした。脱水させたゲル乾燥物(図3の(A))に純水を加えた結果、ゲル組成物は長さが約3倍、質量が約5倍膨潤した(図3の(B))。この一連の操作で質量対比により含水率を計算すると平均して約80%であることが判明した。なお、水で膨潤したゲル組成物を上記と同様の方法で熱乾燥処理したところ、再度ゲル乾燥物を得ることができた(図3の(C))。以上の結果から、ゲル乾燥物は水に対する吸収能(吸水性)を有していることが分かった。
(water absorption)
The gel composition was dehydrated by heat drying at 100° C. for 10 minutes to obtain a dried gel. After that, ultrapure water was added to the resulting dried gel, and the mixture was incubated at room temperature for 1 hour to obtain a gel composition again. As a result of adding pure water to the dried gel after dehydration ((A) in FIG. 3), the gel composition swelled about 3 times in length and about 5 times in mass ((B) in FIG. 3). When the moisture content was calculated by mass contrast in this series of operations, it was found to be about 80% on average. When the water-swollen gel composition was heat-dried in the same manner as above, a dried gel was obtained again ((C) in FIG. 3). From the above results, it was found that the dried gel product has water absorption ability (water absorption).

(鉄捕捉能)
(実験1)作製したゲル組成物に30mMの硫酸アンモニウム鉄(II)(ナカライテスク社製)の水溶液を加え、室温で24時間インキュベートした。インキュベート後のゲル組成物を観察したところ、うすい黄色から赤褐色に変色していた。インキュベート後のゲル組成物を超純水で洗浄し、観察したところ、赤褐色のままであった。ゲル組成物の質量は硫酸アンモニウム鉄(II)水溶液に浸す前に比べ約30%増加していた。
(Iron scavenging ability)
(Experiment 1) An aqueous solution of 30 mM ammonium iron(II) sulfate (manufactured by Nacalai Tesque) was added to the prepared gel composition and incubated at room temperature for 24 hours. Observation of the gel composition after incubation revealed a color change from light yellow to reddish brown. After the incubation, the gel composition was washed with ultrapure water and observed to remain reddish brown. The mass of the gel composition increased by about 30% compared to before immersion in the ammonium iron(II) sulfate aqueous solution.

(実験2)30mMの塩化鉄(III)(関東化学社製)の水溶液を用いて(実験1)と同様の操作を行った。得られたゲル組成物を観察したところ、うすい黄色(図4の(A))から赤褐色に変色していた(図4の(B))。インキュベート後のゲル組成物を超純水で洗浄し、観察したところ、赤褐色のままであった。ゲル組成物の質量は塩化鉄(III)水溶液に浸す前に比べ約20%増加していた。 (Experiment 2) The same operation as in (Experiment 1) was performed using an aqueous solution of 30 mM iron (III) chloride (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.). Observation of the obtained gel composition revealed that the color had changed from pale yellow ((A) in FIG. 4) to reddish brown ((B) in FIG. 4). After the incubation, the gel composition was washed with ultrapure water and observed to remain reddish brown. The mass of the gel composition increased by about 20% compared to before immersion in the iron (III) chloride aqueous solution.

(実験3)作製したゲル組成物に30mMの硫酸アンモニウム鉄(II)(ナカライテスク社製)の水溶液を加え、室温で1.5時間インキュベートした。インキュベート後のゲル組成物を観察したところ、うすい黄色から暗緑色に変化していた。インキュベート後のゲル組成物を超純水で洗浄し、室温で24時間インキュベートしたところ、ゲル組成物は赤褐色に変化した。 (Experiment 3) An aqueous solution of 30 mM ammonium iron(II) sulfate (manufactured by Nacalai Tesque) was added to the prepared gel composition and incubated at room temperature for 1.5 hours. Observation of the gel composition after incubation revealed a change from pale yellow to dark green. After the incubation, the gel composition was washed with ultrapure water and incubated at room temperature for 24 hours, whereupon the gel composition turned reddish brown.

(実験1)~(実験3)の結果から、上記ゲル組成物は、フェリチンと同様に鉄捕捉能を保持していることがわかった。上記ゲル組成物は、2価の鉄イオン、及び3価の鉄イオンに結合し、2価で結合した鉄イオンは3価になることがわかった。また、キレート剤をゲル組成物に加えても変化はなく、鉄イオンはゲル組成物の内部にとどまっていたことが示唆された。 From the results of (Experiment 1) to (Experiment 3), it was found that the gel composition retains the iron-trapping ability similar to ferritin. It was found that the above gel composition binds to divalent iron ions and trivalent iron ions, and the divalently bound iron ions become trivalent. In addition, adding a chelating agent to the gel composition caused no change, suggesting that the iron ions remained inside the gel composition.

(その他の金属捕捉能)
鉄以外の金属に対する金属捕捉能を検討するため、上述したのと同じ手順で作製したゲル組成物を準備した(図5の(A)~(D))。作製したゲル組成物に金属塩の水溶液(30mM)を加え、室温で2時間インキュベートした。このとき用いた金属塩は塩化鉄(III)、塩化銅、塩化コバルト及び塩化ニッケルであった。インキュベート後のゲル組成物を観察したところ、うすい黄色からそれぞれの金属塩に応じた色に変色していた。具体的には、塩化鉄(III)の場合、ゲル組成物はうすい黄色から赤褐色に変色していた(図6の(A))。塩化銅の場合、ゲル組成物はうすい黄色から緑青色に変色していた(図6の(C))。塩化コバルトの場合、ゲル組成物はうすい黄色から淡紫色に変色していた(図6の(B))。塩化ニッケルの場合、ゲル組成物はうすい黄色から淡橙色に変色していた(図6の(D))。インキュベート後のゲル組成物それぞれを超純水で洗浄し(室温で18時間)、観察したところ、変色したままであった(図7の(A)~(D))。以上の結果から、上記ゲル組成物は、フェリチンと同様に鉄以外の金属に対しても金属捕捉能を保持していることがわかった。
(Other metal trapping abilities)
In order to examine the ability to capture metals other than iron, gel compositions were prepared by the same procedure as described above ((A) to (D) in FIG. 5). An aqueous solution (30 mM) of metal salt was added to the prepared gel composition and incubated at room temperature for 2 hours. The metal salts used at this time were iron(III) chloride, copper chloride, cobalt chloride and nickel chloride. Observation of the gel composition after incubation revealed a change in color from light yellow to a color corresponding to each metal salt. Specifically, in the case of iron (III) chloride, the color of the gel composition changed from light yellow to reddish brown ((A) in FIG. 6). In the case of copper chloride, the color of the gel composition changed from light yellow to greenish blue ((C) in FIG. 6). In the case of cobalt chloride, the gel composition changed color from light yellow to pale purple ((B) in FIG. 6). In the case of nickel chloride, the gel composition changed color from pale yellow to pale orange ((D) in FIG. 6). Each of the gel compositions after incubation was washed with ultrapure water (at room temperature for 18 hours), and was observed to remain discolored ((A) to (D) in FIG. 7). From the above results, it was found that the gel composition retains the ability to capture metals other than iron as well as ferritin.

上述の実験でゲル組成物が捕捉した金属(Fe、Ni、Co及びCu)はいずれも遷移金属であること、並びに、フェリチンはFe以外にも、Ni、Co、Cu、Pd(パラジウム)及びPt(白金)等の遷移金属を捕捉することが知られていることから、同じ遷移金属であるPd及びPtに対しても、上記ゲル組成物は金属捕捉能を有していると本発明者らは考えている。 The metals (Fe, Ni, Co, and Cu) captured by the gel composition in the above experiments are all transition metals, and ferritin is known to capture transition metals other than Fe, such as Ni, Co, Cu, Pd (palladium), and Pt (platinum). Therefore, the present inventors believe that the gel composition has a metal capturing ability even for Pd and Pt, which are the same transition metals.

なお、超純水で洗浄した後のゲル組成物を100mMのエチレンジアミンテトラ酢酸水溶液(EDTA水溶液)に浸漬して3時間インキュベートすると、鉄以外の金属では脱色し、ゲル組成物から当該金属が遊離することを確認した(図8の(A)~(D))。 When the gel composition washed with ultrapure water was immersed in a 100 mM ethylenediaminetetraacetic acid aqueous solution (EDTA aqueous solution) and incubated for 3 hours, metals other than iron decolorized, and it was confirmed that the metal was liberated from the gel composition ((A) to (D) in FIG. 8).

以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described as above, it is planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び実施例ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments and examples disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above-described embodiments and examples, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.

Claims (5)

フェリチン様サブユニットのアミノ酸配列を有するポリペプチド、及び、液体物質を含むゲル組成物であって、
前記ゲル組成物は、前記ポリペプチドでゲルが形成されている、ゲル組成物。
A gel composition comprising a polypeptide having a ferritin-like subunit amino acid sequence and a liquid substance,
The gel composition is a gel composition, wherein the polypeptide forms a gel.
前記フェリチン様サブユニットのアミノ酸配列は、
(A)配列表の配列番号1~4のいずれかに記載のアミノ酸配列、
(B)配列表の配列番号1~4のいずれかに記載のアミノ酸配列において1~10個のアミノ酸が置換、欠失、挿入又は付加されたアミノ酸配列、及び
(C)配列表の配列番号1~4のいずれかに記載のアミノ酸配列に対して90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列、
からなる群より選択されるアミノ酸配列である、請求項1に記載のゲル組成物。
The amino acid sequence of the ferritin-like subunit is
(A) an amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOS: 1 to 4 in the sequence listing;
(B) an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids are substituted, deleted, inserted or added to the amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 1 to 4 in the sequence listing;
2. The gel composition of claim 1, which is an amino acid sequence selected from the group consisting of:
Fe、Co、Ni、Cu、Pd又はPtに対する金属捕捉能を有する、請求項1又は請求項2に記載のゲル組成物。 3. The gel composition according to claim 1 or 2, which has metal scavenging ability for Fe, Co, Ni, Cu, Pd or Pt. 前記液体物質は、水、又はアルコールである、請求項1~請求項3のいずれか一項に記載のゲル組成物。 The gel composition according to any one of claims 1 to 3, wherein said liquid substance is water or alcohol. 請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のゲル組成物から前記液体物質が除去されている、ゲル乾燥物。 A gel dried product obtained by removing the liquid substance from the gel composition according to any one of claims 1 to 4.
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