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DNAを利用した機能性バイオ分子の精密配列制御および高度集積化プロセスの開発

Research Project

Project/Area Number 09J02674
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biofunction/Bioprocess
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

嶋田 如水  九州大学, 工学研究院, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywordsアプタマー / 融合タンパク質 / DNAテンプレート / DNA-タンパク質複合体
Research Abstract

本研究では、DNAの特性を"鋳型"として活用した、新たなタンパク質連結体作製プロセスの確立を目指し、タンパク質機能を高度に集積化させたタンパク質連結体の作製を検討した。本方法論では、鋳型となる人工合成DNAと共に、タンパク質を鋳型上に一時的に固定化するために、特定のタンパク質に結合特異性を示すDNA(アプタマー)を利用した。これまでに、連結させるタンパク質としてトロンビンを選択し、トロンビン連結体の作製と連結場所の制御について実証した。また、塩基配列設計におけるリンカー長の検討や複合体形成に与える塩濃度の影響、トロンビンのみの連結体だけでなく、IgEを利用したDNAによるIgE-トロンビン連結体の構築による、異種タンパク質複合体の作製についても検討を行ってきた。
今年度はさらなる最適条件の検討と共に、多量体の分離精製、形状観測について検討した。結果として、作製したトロンビン連結体をサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)で分離、精製し、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、形状観測を行ったが、依然としてトロンビン連結体の画像取得には至らなかった。一方で、SECチャートを解析した結果、3量体構築(収率11%)の確認に成功し、分画が可能であることを明らかにした。また、分画した3量体、2量体は活性を保持した状態で結合していた。次に、異なるタンパク質として、IgEとトロンビンを選択し、IgE-トロンビン連結化の検討を行った。鋳型DNAがない、物理混合による架橋化では、全く架橋しないタンパク質同士を鋳型となるDNAを利用することで有意に連結化できることを明らかにし、様々なタンパク質連結体の創製へ応用できることを示した。
本研究では、鋳型DNAの配列設計により人工的にタンパク質の個数や連結順序が制御可能である点が大きな特徴であり、新たなバイオプロセスの構築とその応用性という観点から非常に興味深い結果が得られた。

Report

(3 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2012 2011 2010 2009

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (11 results)

  • [Journal Article] Microplate assay for aptamer-based thrombin detection using a DNA-enzyme coniueate based on histidine-tag chemistry2012

    • Author(s)
      J.Shimada, et.al.
    • Journal Title

      Analytical Biochemistry

      Volume: 421 Issue: 2 Pages: 541-546

    • DOI

      10.1016/j.ab.2011.11.028

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Programmable protein-protein conjugation via DNA-based self-assembly2012

    • Author(s)
      J.Shimada, et.al.
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: (in press) Issue: 50 Pages: 6226-6226

    • DOI

      10.1039/c2cc30618b

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] DNA-enzyme conjugate with a weak inhibitor that can specifically detect thrombin in a homogeneous medium2011

    • Author(s)
      J.Shimada, et.al.
    • Journal Title

      Analytical Biochemistry

      Volume: In press

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Design of a molecular detection system by a DNA-regulated enzyme conjugate2009

    • Author(s)
      Josui Shimada, et al
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering 108

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 合成DNAをテンプレートとしたタンパク質の複合・連結化プロセスの開発2011

    • Author(s)
      嶋田如水
    • Organizer
      化学工学会第43回秋季大会
    • Place of Presentation
      名古屋工業大学(愛知)
    • Year and Date
      2011-09-14
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] DNA assisted control of enzymatic activity for aptamer-based thrombin detection2010

    • Author(s)
      Josui Shimada
    • Organizer
      The 23nd International Symposium on Chemical Engineering
    • Place of Presentation
      福岡・九州産業大学
    • Year and Date
      2010-12-05
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] DNAを利用したタンパク質の連結化方法2010

    • Author(s)
      嶋田如水
    • Organizer
      化学工学会第42回秋季大会
    • Place of Presentation
      京都・同志社大学
    • Year and Date
      2010-09-06
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] DNAを利用したタンパク質連結体創製プロセスの開発2010

    • Author(s)
      嶋田如水
    • Organizer
      第21回九州地区若手ケミカルエンジニア討論会
    • Place of Presentation
      熊本・熊本大学
    • Year and Date
      2010-07-17
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Aptamer-based thrombin detection by the DNA-assisted inhibition of enzyme2010

    • Author(s)
      Josui Shimada
    • Organizer
      Pacifichem 2010
    • Place of Presentation
      アメリカ・ハワイ
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Aptamer-based thrombin detection system by utilizing the switching of enzymatic activity2009

    • Author(s)
      Josui Shimada
    • Organizer
      The 22nd International Symposium on Chemical Engineering
    • Place of Presentation
      韓国・Daejeon Convention Center
    • Year and Date
      2009-12-05
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Design of a molecular detection system by a DNA-regulated enzyme conjugate2009

    • Author(s)
      Josui Shimada
    • Organizer
      Asia Pacific Biochemical Engineering Conference 2009
    • Place of Presentation
      兵庫・神戸国際会議場
    • Year and Date
      2009-11-27
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] DNAを利用した酵素の活性制御と特定分子検出システムの開発2009

    • Author(s)
      嶋田如水
    • Organizer
      化学工学会第41回秋季大会
    • Place of Presentation
      広島・広島大学
    • Year and Date
      2009-09-18
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] DNAアプタマーを利用した特定分子応答性を有した酵素活性スイッチングシステム2009

    • Author(s)
      嶋田如水
    • Organizer
      第24回生体機能関連化学シンポジウム、第12回バイオテクノロジーシンポジウム
    • Place of Presentation
      福岡・九州大学
    • Year and Date
      2009-09-14
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Aptamer-Based Thrombin Detection System by DNA-Regulated Enzyme Conjugate2009

    • Author(s)
      Josui Shimada
    • Organizer
      The 2nd YonseiUniversity BK21/Kyushu University Global-COE Joint Symposium on 'Frontier Molecular Systems'
    • Place of Presentation
      韓国・Yonsei Univ.
    • Year and Date
      2009-08-24
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] DNAを利用したタンパク質連結体創製プロセスの開発2009

    • Author(s)
      嶋田如水
    • Organizer
      第20回九州地区若手ケミカルエンジニア討論会
    • Place of Presentation
      熊本・阿蘇プラザホテル
    • Year and Date
      2009-07-24
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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