リボソーム翻訳におけるアミノ酸基質許容性の拡大

• Project/Area Number: 14J09576
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biomolecular chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岩根 由彦 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 特殊ペプチド / 特殊アミノ酸 / リボソーム翻訳 / 遺伝暗号 / フレキシザイム / 生物有機化学 / リボソーム / 試験管内翻訳反応 / ペプチド

Outline of Annual Research Achievements

研究の目的
本研究では、特殊アミノ酸(Xaa)を付加した各アミノアシルtRNA(Xaa-tRNA)と翻訳伸長因子EF-Tu間の結合力を調整することで、Xaa導入に特化した試験管内ペプチド合成系を開発し、10種以上のXaaを含むペプチドの翻訳合成を実現する。さらにその翻訳系を応用してペプチド薬剤スクリーニングを行い、多数の人工修飾により優れた生理活性を獲得した新規特殊ペプチド薬剤を開発することで、本戦略の意義を実証する。
DC１第三年度の研究概要
(1)Xaa含有ペプチド翻訳合成に特化した試験管内翻訳系の確立。Xaa-tRNAのEF-Tu結合力を天然AA-tRNAと同等の値に調整した条件下で、翻訳反応の様々な条件（反応時間、Xaa-tRNA濃度、EF-Tu濃度、pHなど）の最適化を行った。結果として、モデルペプチドの翻訳効率および正確性が大きく改善され、Xaa含有ペプチド翻訳合成に特化した試験管内翻訳系が確立された。
(2)本戦略によるXaa含有ペプチド翻訳合成の改善を実証。次に本戦略の効果を調べるため、複数種のXaaを含有するモデルペプチドの翻訳合成について、既存の改変型翻訳系と本研究で確立されたものの２つを比較検証した。既存の翻訳系による合成は不正確であり、多種の翻訳エラー産物が生成されたのに対して、本研究の翻訳系では望みのペプチドが正確に合成された。また定量実験の結果、合成効率も改善されていることがわかった。
(3)本研究のまとめ。Xaa-tRNAとEF-Tuとの結合力を調整する本戦略により、複数種のXaaを含有するペプチドの翻訳合成が可能となる。この技術を既存のペプチドスクリーニング手法と組み合わせることで、将来的に革新的ペプチド医薬品の開発につながると期待される。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Expanding the amino acid repertoire of ribosomal polypeptide synthesis via the artificial division of codon boxes (2016)
  • Author(s): Yoshihiko Iwane, Azusa Hitomi, Hiroshi Murakami, Takayuki Katoh, Yuki Goto, and Hiroaki Suga
  • Journal Title: Nature Chemistry Volume: 8 Issue: 4 Pages: 317-325
  • DOI: 10.1038/nchem.2446
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Accurate Assignment of a Nonproteinogenic Amino Acid and Valine to the Valine GUN Codon Box (2015)
  • Author(s): Yoshihiko Iwane, Azusa Hitomi, Yuki Goto, Takayuki Katoh, Hiroshi Murakami, and Hiroaki Suga
  • Journal Title: Peptide Science 2014 Volume: なし Pages: 141-142
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent Developments of Engineered Translational Machineries for the Incorporation of Non-Canonical Amino Acids into Polypeptides (2015)
  • Author(s): Naohiro Terasaka, Yoshihiko Iwane, Anna-Skrollan Geiermann, Yuki Goto & Hiroaki Suga
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 16 Issue: 3 Pages: 6513-6531
  • DOI: 10.3390/ijms16036513
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Expanding the amino acid repertoire of ribosomal polypeptide synthesis by the artificial division of codon boxes (2017)
  • Author(s): 岩根由彦、人見梓、村上裕、加藤敬行、後藤祐樹、菅裕明
  • Organizer: 日本薬学会第137年会（仙台）
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2017-03-25
• [Presentation] Artificial division of codon boxes to expand amino acid repertoire in ribosomal polypeptide synthesis (2016)
  • Author(s): 岩根由彦、人見梓、村上裕、加藤敬行、後藤祐樹、菅裕明
  • Organizer: 創薬懇話会2016
  • Place of Presentation: エクシブ蓼科(長野県芽野市)
  • Year and Date: 2016-06-30
• [Presentation] Artificial division of codon boxes to encode nonproteinogenic amino acids along with 20 proteinogenic ones (2015)
  • Author(s): Yoshihiko Iwane, Azusa Hitomi, Hiroshi Murakami, Takayuki Katoh, Yuki Goto, and Hiroaki Suga
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Hwaii Convention Center (United States of America)
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tuning of binding affinity between EF-Tu and aminoacyl-tRNA can improve the efficiency and accuracy of N-methyl amino acid incorporation into peptides (2015)
  • Author(s): Yoshihiko Iwane
  • Organizer: 22nd ZESTY Network Seminar
  • Place of Presentation: 東京大学化学本館（東京都文京区本郷）
  • Year and Date: 2015-11-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Encoding 23 amino acids in the genetic code by artificial division of codon boxes (2015)
  • Author(s): Yoshihiko Iwane, Azusa Hitomi, Hiroshi Murakami, Takayuki Katoh, Yuki Goto, and Hiroaki Suga
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会8.0
  • Place of Presentation: 大阪大学吹田キャンパス銀杏会館（大阪府吹田市山田丘）
  • Year and Date: 2015-11-12
• [Presentation] Artificial division of codon boxes to encode multiple nonproteinogenic amino acids along with 20 proteinogenic ones (2015)
  • Author(s): Yoshihiko Iwane, Azusa Hitomi, Hiroshi Murakami, Takayuki Katoh, Yuki Goto, and Hiroaki Suga
  • Organizer: 第９回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 熊本大学黒髪キャンパス（熊本県中央区黒髪）
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] Artificial division of codon boxes to encode non-proteinogenic amino acids besides 20 proteinogenic ones (2015)
  • Author(s): Yoshihiko Iwane, Azusa Hitomi, Hiroshi Murakami, Takayuki Katoh, Yuki Goto, and Hiroaki Suga
  • Organizer: 第3回バイオ関連化学シンポジウム若手フォーラム
  • Place of Presentation: 熊本大学黒髪キャンパス（熊本県中央区黒髪）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] Artificial division of codon boxes to encode multiple nonproteinogenic amino acids besides 20 proteinogenic ones (2014)
  • Author(s): Yoshihiko Iwane, Azusa Hitomi, Yuki Goto, Takayuki Katoh, Hiroshi Murakami, and Hiroaki Suga
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会7.0
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂
  • Year and Date: 2014-11-13 – 2014-11-14
• [Presentation] Artificial codon box division to encode multiple non-proteinogenic amino acids besides 20 proteinogenic ones (2014)
  • Author(s): Yoshihiko Iwane, Azusa Hitomi, Yuki Goto, Takayuki Katoh, Hiroshi Murakami, and Hiroaki Suga
  • Organizer: 25th tRNA Conference 2014
  • Place of Presentation: Olympia Riviera Resort
  • Year and Date: 2014-09-22 – 2014-09-23
• [Presentation] Encoding mutiple nonproteinogenic amino acids besides proteinogenic ones by artificial codon box division (2014)
  • Author(s): Yoshihiko Iwane, Azusa Hitomi, Yuki Goto, Takayuki Katoh, Hiroshi Murakami, and Hiroaki Suga
  • Organizer: 第51回ペプチド討論会
  • Place of Presentation: 徳島大学大塚講堂
  • Year and Date: 2014-08-23