Elucidation of the mechanism of kinetically controlled reaction fields in cells
| Project Area | Kinetics-Driven Supramolecular Chemistry |
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| Project/Area Number |
21H05095
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
奥村 正樹 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (50635810)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥40,950,000 (Direct Cost: ¥31,500,000、Indirect Cost: ¥9,450,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2021: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
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| Keywords | 酸化的フォールディング / 反応遅延制御 / LLPS / フォールディング / potein assembly / レドックス反応場 / 小胞体 / protein assembly |
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| Outline of Research at the Start |
蛋白質の四次構造形成は、生体における非対称分子集合化反応である。この形成プロセス反応は、生物学において未解明である。試験管内、ポリペプチド鎖とシャペロンなど補助因子間での反応では、四次構造形成効率は大幅に低下する。つまりこの過程は、従来の概念では理解することができず、その解明には反応の概念を変革する必要がある。四次構造形成の起点は、複数種のポリペプチド鎖の局所濃縮である。本研究代表者は、小胞体内に形成される新たな反応場が基質を選択的に濃縮することを発見した。本研究における四次構造形成過程の詳細な機序解明は、人工環境での四次構造形成を可能にする人工遅延反応場構築の道を切り拓く
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| Outline of Annual Research Achievements |
小胞体内化学的触媒反応場の形成メカニズムを明らかにするため、分子生物学的手法により構成成分やトリガーとなる因子を抽出する。2021年度から小胞体内化学的触媒反応場の形成因子を見出しており、2021年度から引き続き2022年度は、小胞体内化学的触媒反応場の形成および消失メカニズムを明らかにするため、A01班齋尾と協力し、NMR測定による立体構造・ダイナミクス解析を行った。その結果、小胞体内化学的触媒反応場の形成因子のアミノ酸アサイメントを終えただけでなく、構造変化を捉えることに成功した。さらに、化学的触媒反応場に不可欠な領域の特定に至った。
さらに、前年度から引き続き、小胞体内化学的触媒反応場の可視化を目指し、屈折率を活かしたホロトモグラフィー顕微鏡を設置した(ParkらNat. Photonics 2018)。その結果、幾種かのシャペロン、酵素、基質、低分子化合物の濃縮の可視化に成功し、濃縮における選択性を示すことが出来た。さらに前年度の課題であった細胞内検証において、U2OS細胞を用いて、免疫沈降法を用いて検証した結果、細胞内fociを確認することが出来た。
最終年度では、動的な反応遅延制御環境における酵素反応遅延のメカニズムを明らかにするための酵素反応の素過程を追跡する。また、C01班村岡と協力し、反応遅延制御の反応場の化学制御が可能になると考えられる、幾種かの酸化還元化合物を開発し論文として発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
A01班齋尾と協力し、反応遅延制御に関わる反応場に関し、解析を終えており、現在論文投稿準備中である。さらに、また、C01班村岡と協力し、幾報か論文として発表・投稿中であることを鑑みると、当初の計画以上に本研究計画が進んでいることを裏付ける。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度までに特定した幾種かのシャペロン、酵素、基質、低分子化合物の濃縮における選択性から、反応遅延を実現する生理学的意義が存在すると考えられる。そのため、次年度では反応場における酵素反応遅延について検証する必要がある。
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Report
(2 results)
Research Products
(27 results)
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[Journal Article] Cysteine-based protein folding modulators for trapping intermediates and misfolded forms2022
Author(s)
Nishino, H., Kitamura, M., Okada, S., Miyake, R., Okumura, M., and Muraoka, T.*
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Journal Title
RSC Advances
Volume: 12
Pages: 26658-26664
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] A unique leucine-valine adhesive motif supports structure and function of protein disulfide isomerase P5 via dimerization2021
Author(s)
Okumura M, Kanemura S., Matsusaki M., Kinoshita M., Saio T., Ito D., Hirayama C., Kumeta H., Watabe M., Amagai Y., Lee Y. H., Akiyama S. and Inaba K.
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Journal Title
Structure
Volume: 29
Issue: 12
Pages: 1-14
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Functional Interplay between P5 and PDI/ERp72 to Drive Protein Folding.2021
Author(s)
Matsusaki M, Okada R, Tanikawa Y, Kanemura S, Ito D, Lin Y, Watabe M, Yamaguchi H, Saio T, Lee YH, Inaba K, and *Okumura M.
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Journal Title
Biology
Volume: 10
Issue: 11
Pages: 1112-1112
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Ca2+ Regulates ERp57-Calnexin Complex Formation.2021
Author(s)
Tanikawa Y,# Kanemura S,# Ito D, Lin Y, Matsusaki M, Kuroki K, Yamaguchi H, Maenaka K, Lee YH, Inaba K, and *Okumura M.
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Journal Title
Molecules
Volume: 26
Issue: 10
Pages: 2853-2853
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Distinct roles and actions of protein disulfide isomerase family enzymes in catalysis of nascent-chain disulfide bond formation2021
Author(s)
Hirayama, C., Machida, K., Noi, K., Murakawa, T., Okumura, M., Ogura, T., Imataka, H., and Inaba, K.*
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Journal Title
iScience
Volume: 4
Issue: 4
Pages: 102296-102296
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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