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以前は、「タンパク質によるタンパク質の活性化とケージからの放出」（外部光による放出」（Parcel）メソッドを開発して、光分解性ヒドロゲルでそれらをカプセル化し、その後ゲルの紫外線（UV）照射によってそれらを放出することにより、タンパク質の機能を制御しました。ただし、照射なしでヒドロゲルのメッシュ構造のギャップ（約12.4 nm）から小さなタンパク質が漏れる可能性があるため、小さなタンパク質を制御することは困難です。ここでは、メッシュサイズ（〜3.6 nm）の光分解性ゲルを開発し、新しいゲルを使用して、3つの小さな酵素（トリプシン、キモトリプシン、およびエラスターゼ）といくつかの小さな非タンパク質分子の機能を制御しました。新しいゲルは、照射なしのタンパク質の漏れの減少を示し、ゲルカプセル化トリプシンの照射によりトリプシン活動が約78倍増加しました。新しいゲルは、小さなDNA特異的蛍光プローブである4 '、6-ジアミジノ-2-フェニルインドール（DAPI、分子量277）のカプセル化と放出も可能にしました。ゲルカプセル化DAPIへの照射とその後のDNAの添加の後、DAPI-DNA複合体の強い蛍光が観察されました。我々の結果は、ゲルメッシュサイズを12.4から3.6 nmに減らすことにより、不活性状態とその後の光誘発放出でさまざまなタンパク質と小分子のカプセル化が可能になるはずであることを示しています。この方法は、光活性化バイオセンサー、薬物送達システム、および触媒の準備に役立つと予想しています。
以前は、「タンパク質によるタンパク質の活性化とケージからの放出」（外部光による放出」（Parcel）メソッドを開発して、光分解性ヒドロゲルでそれらをカプセル化し、その後ゲルの紫外線（UV）照射によってそれらを放出することにより、タンパク質の機能を制御しました。ただし、照射なしでヒドロゲルのメッシュ構造のギャップ（約12.4 nm）から小さなタンパク質が漏れる可能性があるため、小さなタンパク質を制御することは困難です。ここでは、メッシュサイズ（〜3.6 nm）の光分解性ゲルを開発し、新しいゲルを使用して、3つの小さな酵素（トリプシン、キモトリプシン、およびエラスターゼ）といくつかの小さな非タンパク質分子の機能を制御しました。新しいゲルは、照射なしのタンパク質の漏れの減少を示し、ゲルカプセル化トリプシンの照射によりトリプシン活動が約78倍増加しました。新しいゲルは、小さなDNA特異的蛍光プローブである4 '、6-ジアミジノ-2-フェニルインドール（DAPI、分子量277）のカプセル化と放出も可能にしました。ゲルカプセル化DAPIへの照射とその後のDNAの添加の後、DAPI-DNA複合体の強い蛍光が観察されました。我々の結果は、ゲルメッシュサイズを12.4から3.6 nmに減らすことにより、不活性状態とその後の光誘発放出でさまざまなタンパク質と小分子のカプセル化が可能になるはずであることを示しています。この方法は、光活性化バイオセンサー、薬物送達システム、および触媒の準備に役立つと予想しています。
Previously, we developed the "protein activation and release from cage by external light" (PARCEL) method for controlling the function of proteins by encapsulating them in a photodegradable hydrogel and subsequently releasing them by ultraviolet (UV) irradiation of the gel. However, controlling small proteins is difficult because small proteins can leak from the gap (ca. 12.4 nm) of the mesh structure of the hydrogel without irradiation. Here, we developed a photodegradable gel with a smaller mesh size (~3.6 nm) and used the new gel to control the function of three small enzymes (trypsin, chymotrypsin, and elastase) and several small nonprotein molecules. The new gel showed reduced leakage of the proteins without irradiation, and tryptic activity increased approximately 78-fold upon irradiation of gel-encapsulated trypsin. The new gel also permitted encapsulation and release of 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI, molecular weight 277), a small DNA-specific fluorescent probe. After irradiation to the gel-encapsulated DAPI and subsequent addition of DNA, strong fluorescence of the DAPI-DNA complex was observed. Our results indicate that reducing the gel mesh size from 12.4 to 3.6 nm should allow the encapsulation of various proteins and small molecules in an inactive state and their subsequent light-induced release. We expect this method to be useful in preparation of photoactivated biosensors, drug delivery systems, and catalysis.
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