2． 高濃度タンパク質溶液に観察される 〔SUMMARY〕1．はじめに132MEDCHEM NEWS 32（3）132-135（2022）図1 オボアルブミンとリゾチームの混合加熱して部分的に立体構造を壊したオボアルブミンは透明だが、そこにリゾチームを加えると（A）、溶液は白濁する（B）。さらに、最終150mMになるよう塩化ナトリウムを加えると透明になる（C）。Keyword Liquid-Liquid Phase Separation, Opalescence, Glass-like Condensate, Protein-Polyelectrolyte Complex, CspB Tag ＊1 筑波大学 数理物質系 教授 白木賢太郎Kentaro Shiraki＊1 タンパク質は水に溶けにくい性質がある。特に、複数種類のタンパク質が含まれていると凝集し、白濁した状態になる。わかりやすい例として、オボアルブミンとリゾチームを混ぜる実験を図1に示す1）。中性の水溶液中では、オボアルブミンは負電荷を、リゾチームは正電荷を帯びており、両者を混ぜると白濁する。この白濁した状態はいわゆる液－液相分離した状態なので、ここに塩を加えると速やかに透明になる。塩を加えることでイオン強度が高くなると、静電遮蔽効果によってタンパク質分子間の相互作用が弱まり分散するからである。 塩を加えることで透明になることは、タンパク質は静電相互作用によって集合していることを示唆するが、このような添加剤を用いる相互作用の識別方法も理解がかなり進んできている2，3）。例えば、タンパク質分子間が静電相互作用で安定化されているドロプレットは、オボアルブミンとリゾチームのようにイオン強度を増加させると分散する。他方、正電荷と芳香族アミノ酸の間に働くカチオンπ相互作用で安定化されているドロプレットは、アルギニンを加えると分散する。疎水性相互作用で タンパク質は水溶液中で集合した状態をつくりやすい。これまで筆者らは、タンパク質の凝集体や相分離液滴（ドロプレット）の形成を制御する方法の開発を進めてきた。本稿では、バイオ医薬品への4つの応用を紹介したい。高濃度の抗体の溶液がつくるオパレッセンスと、凍結乾燥を代替する透明濃縮物の形成法、高分子電解質とタンパク質のドロプレットの形成による抗体の濃縮と安定化、等電点沈殿の応用としての相分離性ペプチドタグについて概略する。Proteins tend to form aggregates in aqueous solution. We have been developing methods to control the formation of reversible and irreversible aggregates of proteins. In this essay, we introduce four applications of the controlling method of proteins to biopharmaceuticals. We will outline （i） the opalescence created by solutions of highly concentrated antibodies, （ii） the formation of glass-like concentrates as an alternative to lyophilization, （iii） the concentration and stabilization of antibodies by the formation of polyelectrolyte and protein droplets, and （iv） phase-separating peptide tags as an application of isoelectric precipitation.安定化されている凝集体は、高濃度の尿素や塩酸グアニジンなどのタンパク質変性剤で分散する。 本稿では、タンパク質の立体構造を壊さずに、凝集体の形成と再分散をさせる技術を紹介する。いずれも添加剤など用いて溶液の性質を変化させることで、そこに含まれるタンパク質の分散や集合の状態を制御する方法になる。 高濃度の抗体溶液は白濁することがある。この白濁Faculty of Pure and Applied Sciences, University of TsukubaUnderstanding of protein solution and controlling of the formation of aggregatesオパレッセンスタンパク質溶液の理解と凝集体の形成の制御
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