人工設計によるαヘリックス型ペプチドナノポアの 創出と一分子センシングの実証に成功

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2025-11-18 東京農工大学,横浜国立大学,科学技術振興機構

東京医科歯科大学・九州大学・JSTの研究チームは、遺伝子の3次元配置(核内での位置)が、環境刺激により後天的に変化し、その配置状態が細胞分裂を経ても長期的に受け継がれる仕組みを解明した。従来、遺伝子発現はDNA配列やエピゲノム修飾によって制御されると考えられてきたが、本研究では、遺伝子の核内での空間的な位置取りそのものが記憶として機能することを示した。特定遺伝子が核膜近傍から内部へ移動すると、その発現が持続的に変化し、この位置情報は細胞系譜をまたいで安定的に継承された。また、この「空間エピジェネティクス」は、細胞分化や疾患形成にも関わる可能性がある。今回の成果は、遺伝子制御の新たな層を示すものであり、再生医療や難治性疾患の治療法開発にも貢献が期待される。

人工設計によるαヘリックス型ペプチドナノポアの 創出と一分子センシングの実証に成功

図1:設計したペプチドの配列と構造。天然タンパク質に多く見られる「GAS モチーフ」と呼ばれる特徴的なアミノ酸配列に着目し、それを基にFFKおよびLEKという二種類の人工ペプチドを設計した(。左)脂質から成る膜においては、疎水面が膜に接する外側へ親水面が内側へと自己集合する。(中)FFK と LEK それぞれを構成するアミノ酸。(右)αヘリックスが密に寄り添って、安定した構造を作っている。(Peng et al., ACS Nano 2025 を基に作成)

<関連情報>

ヘリックスパッキングモチーフを用いた単一分子検出のためのαヘリカルペプチドナノポアの新規設計 De Novo Design of α-helical Peptide Nanopores for Single-molecule Detection using Helix Packing Motifs

Zugui Peng,Masataka Usami,Ayaka Nakada,Yusuke Sekiya,Shoko Fujita,Batsaikhan Mijiddorj,Izuru Kawamura,and Ryuji Kawano
ACS Nano  Published: December 1, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.5c15080

Abstract

Nanopore sensing using transmembrane proteins holds great potential for single-molecule detection. The creation of pore-forming proteins is an emerging research direction, and one promising strategy is the bottom-up de novo design of nanopores. However, de novo α-helical nanopores with sufficiently large dimensions to accommodate single-molecule sensing have not been previously reported. Here, we designed and constructed α-helical nanopores based on two helix-packing motifs, GX6G and GX3G, which we named FFK and LEK. Electrical recordings revealed that both FFK and LEK form nanopores in lipid membranes with high conductance. FFK exhibited multiple conductance states, whereas LEK formed more monodisperse pores. Although both nanopores assembled via a stepwise monomer-joining mechanism, the assembly and disassembly dynamics of FFK were significantly faster than those of LEK. We further demonstrated the single-molecule sensing capabilities of both pores, showing that they can detect cyclodextrin derivatives, while LEK could additionally sense poly-l-lysine. Overall, these results demonstrate the feasibility of designing functional α-helical nanopores for nanopore sensing technologies.

細胞遺伝子工学
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