Research Abstract
光活性多孔性配位高分子プラットフォームを利用した一酸化窒素による局所的細胞刺激
局所的細胞刺激は生物シグナル伝達ネットワークの解析に役立つ。本稿で著者らは、生物分子である一酸化窒素ガスの細胞輸送を時間的・空間的に制御する光感受性多孔性フレームワークを開発し、それを用いて細胞間カルシウム濃度を調節した。
Localized cell stimulation by nitric oxide using a photoactive porous coordination polymer platform
2013年10月25日 Nature Communications 4 : 2684 doi: 10.1038/ncomms3684
小分子で局所的に細胞を刺激する機能性細胞基板を用いることによって、細胞情報伝達ネットワークを時間的、空間的、化学的に制御・モニタリングする機会が得られる。しかし、生物活性化合物を制御して送達する技術が向上したにもかかわらず、単一細胞レベルでガス状生体分子を局所的に適用することは、依然として困難である。今回我々は、サイト特異的かつ濃度依存的な活性を持つ重要な情報伝達分子である一酸化窒素を対象とし、光活性多孔性配位高分子を利用して時間・空間的に制御可能な一酸化窒素放出プラットフォームを開発するための合成手法について報告する。我々は、反応性に乏しい分子を組織化して配位高分子構造体を形成することによって、光反応性が向上すること、ならびに光照射を用いて放出を調節できることを見いだした。また、光活性配位高分子結晶を生体適合性マトリクスに埋め込み、局所的な二光子レーザー活性化を行うことによって、細胞レベルで一酸化窒素送達の精密制御を実現した。この手法で生成した外因性一酸化窒素の生物学的関連性が、一酸化窒素応答性細胞膜チャネルタンパク質を介する細胞内カルシウム濃度変化によって明らかになった。
ステファン・ディーリング1, 王 丹1, 金 致源2, 近藤 美欧1, 陳 勇1, 北川 進1,2, 亀井 謙一郎1 & 古川 修平1
- 京都大学 物質－細胞統合システム拠点
- 京都大学工学研究科 合成・生物化学専攻
Functional cellular substrates for localized cell stimulation by small molecules provide an opportunity to control and monitor cell signalling networks chemically in time and space. However, despite improvements in the controlled delivery of bioactive compounds, the precise localization of gaseous biomolecules at the single-cell level remains challenging. Here we target nitric oxide, a crucial signalling molecule with site-specific and concentration-dependent activities, and we report a synthetic strategy for developing spatiotemporally controllable nitric oxide-releasing platforms based on photoactive porous coordination polymers. By organizing molecules with poor reactivity into polymer structures, we observe increased photoreactivity and adjustable release using light irradiation. We embed photoactive polymer crystals in a biocompatible matrix and achieve precisely controlled nitric oxide delivery at the cellular level via localized two-photon laser activation. The biological relevance of the exogenous nitric oxide produced by this strategy is evidenced by an intracellular change in calcium concentration, mediated by nitric oxide-responsive plasma membrane channel proteins.
