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(In Japanese)モータータンパク質、人工筋肉、マイクロアクチュエータおよびこれらの製造方法

Patent code P190015997
File No. S2018-0997-N0
Posted date May 8, 2019
Application number P2018-181252
Publication number P2020-050606A
Date of filing Sep 27, 2018
Date of publication of application Apr 2, 2020
Inventor
  • (In Japanese)平塚 祐一
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学
Title (In Japanese)モータータンパク質、人工筋肉、マイクロアクチュエータおよびこれらの製造方法
Abstract (In Japanese)
【課題】
 新規モータータンパク質、前記モータータンパク質を使用した人工筋肉、およびマイクロアクチュエータ、これらの製造方法等を提供する。
【解決手段】
 多量体タンパク質誘導体に複数のモータードメイン含有誘導体を結合したモータータンパク質である。これにレールタンパク質を添加して人工筋肉を形成することができ、微小構造物に前記人工筋肉を配設することでマイクロアクチュエータを形成することができる。モータードメイン含有誘導体と多量体タンパク質誘導体とがカルシウム存在下に結合するように調製すれば、カルシウムの添加によってモータータンパク質を製造することができる。
【選択図】
 図13
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

キネシンやミオシンのように生体内に存在し、運動機能を有するタンパク質をモータータンパク質と称している。ATP(Adenosine triphosphate)の加水分解によって生成するエネルギーを利用し、微小管やアクチンなどの繊維状タンパク質の繊維長手方向に沿って運動することができる。一方、モータータンパク質と相互作用する繊維状タンパク質は、レールタンパク質と称されている。モータータンパク質とレールタンパク質との間で生じる運動エネルギーを取り出すことができれば、微小物質輸送の動力源として使用することができる。このような発想のもと、レールタンパク質の運動を制御し、モータータンパク質とレールタンパク質との間で生じる運動エネルギーを効率的に利用する微小駆動素子がある(特許文献1)。基板に線形トラック溝を形成してその底部にモータータンパク質を付着させ、その上にレールタンパク質を添加したものであり、線形トラック溝の形状を、トラック幅が所定方向に向って縮小し、その反対方向に向って拡大するように形成した点に特徴がある。線形トラック溝の形状を特定したことで、所定方向に移動するレールタンパク質の運動は許容するが、反対方向に移動するレールタンパク質の運動を阻止し、レールタンパク質を上記所定方向にのみ移動させることができる。

レールタンパク質として機能するアクチンフィラメントには極性がある。アクチンフィラメントは、アクチンモノマー(Gアクチン)が、ATP、K、Mg2+の存在下、多数重合した繊維状の多量体であり、アクチンフィラメントが伸長する成長側はプラス端、反対側はマイナス端と称される。モータータンパク質であるミオシンフィラメントは、アクチンフィラメントのマイナス端からプラス端に向かって移動する。そこで、光応答性材料の表面に基点ユニットを形成し、この基点ユニットに、アクチンフィラメントの極性を揃えて一定方向で固定した構造物がある(特許文献2)。ミオシンフィラメントを相互作用させると、細胞骨格タンパク質による筋肉、鞭毛、細胞移動等における各種の動きを模倣するデバイスを構築できるという。

また、微小キャリアの表面に複数のアクチンフィラメントを固定した第1ユニットと、2以上のミオシンフィラメントを有する第2ユニットとからなる組成物もある。微小キャリアに、アクチンフィラメントの極性を揃えて固定すると、第2ユニットのミオシンフィラメントと第1ユニットのアクチンフィラメントが相互作用する。複数の第1ユニットと第2ユニットとを混合すると、第1ユニット-第2ユニット-第1ユニット・・・と相互に複雑に結合したネットワークが形成される。このような第1ユニットと第2ユニットとの混合物により、人工筋肉を構成することができるという(特許文献3)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、モータータンパク質、人工筋肉、マイクロアクチュエータおよびこれらの製造方法等に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
多量体タンパク質誘導体に複数のモータードメイン含有誘導体が結合したモータータンパク質であって、
前記モータードメイン含有誘導体は、モータードメイン含有部分と、前記多量体タンパク質誘導体に結合できる結合部位Iとの融合タンパク質Iであり、
前記多量体タンパク質誘導体は、多量体を構成する単量体由来部分と、前記結合部位Iに結合できる結合部位IIとの融合タンパク質IIが2以上結合した多量体であることを特徴とする、モータータンパク質。

【請求項2】
 
前記モータードメイン含有誘導体の結合部位Iは、カルモジュリン結合性タンパク質のカルモジュリン結合部位、またはカルモジュリン由来部位であり、
前記多量体タンパク質誘導体の結合部位IIは、前記結合部位Iがカルモジュリン結合性タンパク質のカルモジュリン結合部位である場合はカルモジュリン由来部位であり、前記結合部位Iがカルモジュリン由来部位である場合はカルモジュリン結合性タンパク質のカルモジュリン結合部位である、請求項1に記載のモータータンパク質。

【請求項3】
 
前記多量体タンパク質誘導体の多量体を構成する単量体由来部分は、CFP由来部分またはミオシンフィラメント由来部分である、請求項1または2に記載のモータータンパク質。

【請求項4】
 
前記モータードメイン含有誘導体と前記多量体タンパク質誘導体との混合液にカルシウムを添加することを特徴とする、請求項2に記載のモータータンパク質の製造方法。

【請求項5】
 
前記カルシウムを添加する方法が、前記混合液にケージドカルシウムを添加し、および光を照射する方法である、請求項4に記載のモータータンパク質の製造方法。

【請求項6】
 
請求項1~3のいずれか1項に記載のモータータンパク質と、レールタンパク質とからなる人工筋肉であって、
前記レールタンパク質は、微小管、アクチンであることを特徴とする、人工筋肉。

【請求項7】
 
前記モータータンパク質の前記モータードメイン含有部分は、キネシンモータードメイン含有部分であることを特徴とする、請求項6に記載の人工筋肉。

【請求項8】
 
請求項2に記載のモータータンパク質と、レールタンパク質とを含む人工筋肉の製造方法であって、
前記モータードメイン含有誘導体と前記多量体タンパク質誘導体と、ケージドカルシウムとの混合液に光を照射することを特徴とする、人工筋肉の製造方法。

【請求項9】
 
微小構造物に、請求項6または7に記載の人工筋肉を配設した、マイクロアクチュエータ。

【請求項10】
 
微小構造物に、レールタンパク質と請求項2に記載のモータータンパク質とを含む人工筋肉を配設したマイクロアクチュエータの製造方法であって、
前記微小構造物を、前記モータードメイン含有誘導体と前記多量体タンパク質誘導体と、ケージドカルシウムとの混合液に含浸し、前記微小構造物の人工筋肉形成部位に光を照射し、前記人工筋肉形成部位に人工筋肉を形成することを特徴とする、マイクロアクチュエータの製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018181252thum.jpg
State of application right Published
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