Design of highly ordered protein assemblies with mesoscale conformational change ability

Planned Research

Project Area	Superior Protein Engineering by Evolution and Design
Project/Area Number	21H05117
Research Category	Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Transformative Research Areas, Section (II)
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	鈴木雄太京都大学, 白眉センター, 特定助教 (00827743)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	杉田征彦 (杉田征彦) 京都大学, 医生物学研究所, 准教授 (00734469)
Project Period (FY)	2021-08-23 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥35,490,000 (Direct Cost: ¥27,300,000、Indirect Cost: ¥8,190,000) Fiscal Year 2023: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000) Fiscal Year 2022: ¥20,540,000 (Direct Cost: ¥15,800,000、Indirect Cost: ¥4,740,000) Fiscal Year 2021: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Keywords	タンパク質デザイン / タンパク質工学 / バイオマテリアル / タンパク質集合体
Outline of Research at the Start	本研究では、1) 秩序だったタンパク質集合体の構築を可能とする自己組織化形成過程の制御手法を確立し、2) 構造体形成と連携した機能発現のデザインへと展開する。成果を集約し、「メゾスケール構造変化能を有する高秩序タンパク質集合体」を創出し、本領域において確立を目指す次世代タンパク質デザイン『SPEED』の学理構築へと還元する。
Outline of Annual Research Achievements	自然界のタンパク質は精緻な相互作用によって高次構造体を形成し、生命活動に必要な機能を発現している。近年タンパク質の「自己組織化」を生かした集合体デザイン技術の発展により、タンパク質集合体の人工的な構築が可能となってきた。しかしながら自己組織化の「形成過程」の制御は極めて困難である。そのため構造体への任意の機能の搭載、すなわち「タンパク質が単分子ではなく、集合体として機能を発現する高次構造体」の創成には至っていない。そこで本研究では、1) 秩序だったタンパク質集合体の構築を可能とする自己組織化形成過程の制御手法を確立し、2) 構造体形成と連携した機能発現のデザインへと展開する。成果を集約し、「メゾスケール構造変化能を有する高秩序タンパク質集合体」を創出し、本領域において確立を目指す次世代タンパク質デザイン『SPEED』の学理構築へと還元する。初年度である令和３年度では、本研究のベースとなる秩序だったタンパク質集合体の構築を目指し、集合体形成に必要となるタンパク質パーツの遺伝子工学によるプラズミドの作製、その後、大腸菌による発現系の確立、精製を行った。さらに作製したタンパク質パーツを用い、集合体形成の初期検討を行い集合体の形成を電子顕微鏡などを用いることで確認することができた。また、本研究の目指すメゾスケールにおける構造変化をリアルタイムで観察するために必須となる高速原子間力顕微鏡の導入を予定を前倒しおこなった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 令和３年度の研究実施計画に従い、秩序だったタンパク質集合体の構築を可能とする自己組織化形成過程の制御手法の構築に取り組んだ。また、本研究の目的であるメゾスケールにおける構造変化をリアルタイムで観測するために必須となる高速原子間力顕微鏡を当初の予定を前倒し行うことで、集合体の構築においての初期検討もスムーズに行える研究環境を整えた。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度は、秩序だったタンパク質集合体の構築を可能とする自己組織化形成過程の制御手法の構築を確立し、構造体形成と連携した機能発現のデザインへと展開する。新しい集合体形成手法のデザインの開発も並行し行っていき、本研究に取り入れていくことで更なる発展を目指し研究を推進していく。