「汚れにくい」生体材料表面にもタンパク質が選択的に蓄積する仕組みを解明ータンパク質表面の「アルギニン」が水和層を乱して吸着を駆動することを、高感度プロテオミクスで発見ー

ad

2026-09-02 東京科学大学

血清に接した生体材料表面に形成される「タンパク質コロナ」を高感度プロテオミクスで解析し、抗タンパク質付着性(防汚)表面でも特定タンパク質が選択的に蓄積する仕組みを明らかにした。6種類の有機表面に吸着した200種類以上のタンパク質を比較した結果、分子量や等電点ではなく、タンパク質表面に露出したアルギニン残基の割合だけが蓄積・排除を有意に識別した。アルギニンのグアニジニウム基が水和層を乱す「カオトロピック効果」により、表面の水和バリアを弱め、吸着を促進すると提唱。医療用インプラントやバイオセンサーなどの生体材料表面を、分子レベルで合理的に設計する新たな指針となるほか、防汚コーティング、分離膜、海洋・産業設備への応用も期待される。

「汚れにくい」生体材料表面にもタンパク質が選択的に蓄積する仕組みを解明ータンパク質表面の「アルギニン」が水和層を乱して吸着を駆動することを、高感度プロテオミクスで発見ー

図1. 本研究で提唱した、タンパク質表面のアルギニンによるタンパク質蓄積の仕組み。

<関連情報>

カオトロピック表面アルギニンは、防汚性生体材料表面におけるタンパク質コロナ形成と相関する:定量的プロテオミクスおよびタンパク質構造研究 Chaotropic Surface Arginine Correlates With Protein Corona Formation on Anti-Fouling Biomaterial Surfaces: A Quantitative Proteomics and Protein Structure Study

Ayano Nomura, Guanghao Hu, Ang Art Wei Yao, Chisato Komura, Hideharu Kurioka, Tomohiro Hayashi
Advanced Materials Interfaces  Published: 24 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/admi.70652

ABSTRACT

The protein corona determines the biocompatibility of medical devices, yet predicting its composition on anti-fouling surfaces remains challenging. We performed quantitative proteomic analysis (nano LC-MS/MS) of proteins adsorbed from human serum onto six model organic surfaces. Identifying over 200 proteins per surface, we found that conventional predictors, such as isoelectric point and molecular weight, failed to explain selective enrichment on non-fouling films. Statistical analysis of surface amino acid compositions revealed that arginine uniquely distinguishes enriched from diluted proteins (p = 0.005; Bonferroni-corrected p = 0.125 over 25 structural descriptors, consistent with a correlation rather than a significance-corrected effect at the α = 0.05 level). We propose, but do not yet establish causally, that surface-exposed arginine residues, via their chaotropic guanidinium groups, may contribute to the local disruption of the protective hydration layers of anti-fouling coatings, thereby facilitating protein accumulation through enhanced protein–surface and protein–protein interactions. These findings identify surface arginine as the leading candidate descriptor for selective adsorption on hydration-layer–protected biomaterials and provide a hypothesis-generating framework for the molecular basis of the Vroman effect on non-fouling surfaces.

生物化学工学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました