不凍作用のあるテルフェニル分子の開発に成功名古屋工大

名古屋工業大学は2024年9月6日、天然の不凍タンパク質に匹敵する不凍活性を示すp-テルフェニル分子の開発に成功したと発表した。極寒環境で生きる生物の不凍メカニズムの解明や、食品や医療、材料科学などでの応用につながると期待される。

南極や北極など、極寒の環境に生息する魚類や植物は、体内に氷結を制御する不凍物質があり、この物質が体内での氷の形成と成長を抑制している。不凍物質は、冷凍食品の品質維持や化粧品の組織保湿、医療での細胞や臓器の凍結保存、低温環境で稼働する産業機器の開発など、幅広い分野での応用が期待されているが、化学合成が困難なため、天然由来の抽出物が利用されている。

同大学とベンチャー企業のKUREi（カレイ）、スペインのバレンシア大学の研究グループはこれまでの不凍物質の研究から、αヘリックス構造が不凍効果に関連があることを確認し、αヘリックス構造を持つp-テルフェニル分子に着目した。

p-テルフェニル分子は、3つの環に3つの置換基が配置されることで、αヘリックス構造を形成する。この知見をもとに、αヘリックス構造を模倣し、親水性部分と疎水性部分を持つp-テルフェニル化合物を設計した。具体的には、p-テルフェニルのコア部分の両側に、長さの異なる炭素鎖を用いて4つのグアニジンユニットを結合させた。

比較実験を行うために、炭素鎖の長さが異なる5種類のp-テルフェニルグアニジン化合物をつくり、氷再結晶阻害作用（IRI活性）を測定した。その結果、合成した5種類のp-テルフェニルグアニジン化合物はすべて不凍活性を示した。特に、炭素数1のグアニジニル部位を持つp-テルフェニルグアニジンに最も強力なIRI活性が見られた。

次に、p-テルフェニルグアニジンの不凍作用発現メカニズムを解明するために、密度汎関数理論（DFT）を用いた分子動力学シミュレーションを行った。シミュレーションでは、テルフェニルグアニジンが水中に分散すると、親水性の部分と疎水性の部分が空間的に分かれ、親水性の面に水分子が強く引き付けられることが明らかになった。また、テルフェニルグアニジンが部分的にプロトン化され、それによる部分的な電荷偏りによるクーロン引力で親水部と疎水部が明瞭に分かれるように分子が変形し、不凍作用の向上につながることも確認した。さらに、炭素鎖の長さによって、グアニジンのプロトン化の度合いや安定形状に違いが生じることも明らかになった。

研究グループは、「単純な化学構造のp-テルフェニルを基盤にした分子設計で、優れた不凍作用を持つ物質を開発できたことから、分子構造や合成方法の改良によって、より強力で多様な人工不凍作用物質を開発できる可能性がある」と述べている。

研究成果は、2024年9月4日に米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」のオンライン速報版で公開された。

不凍作用のあるテルフェニル分子の開発に成功　名古屋工大