蛋白質結晶エッチング法による生体高次構造体の創成

• Project/Area Number: 15J11955
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Bio-related chemistry
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 根岸 走 東京工業大学, 生命理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 蛋白質結晶 / 超分子構造体 / ジスルフィド結合 / かご型構造 / フィラメント構造体 / チューブ構造 / シート構造 / 多角体結晶 / ナノカップ構造体 / ミオグロビン結晶

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，新規蛋白質材料の開発を目指し，細胞内蛋白質結晶と結晶溶解を利用した超分子構造体の新たな構築手法を確立した．細胞内蛋白質結晶は，細胞内で蛋白質分子が自発的に集積することで形成され，結晶内には特異な超分子構造が存在する．しかし，それらの超分子構造は結晶溶解により崩壊するため，溶液中で保持することは困難であった．そこで，蛋白質結晶の分子設計を行い，結晶溶解後も特異な超分子構造を溶液中で保持させ，新材料としての利用を目指した．本年度では，(1) 多角体と呼ばれる細胞内蛋白質結晶を利用し，結晶内特有のかご型構造体を切り出す手法を確立した．また，(2) 上記手法を他の蛋白質結晶にも適用し，昆虫細胞内で結晶化するTbCatB蛋白質を利用したフィラメント構造体の構築を試みた．
(1) 多角体結晶内の特異なかご型構造体を溶液中へ切り出すために，初めにジスルフィド結合で単量体同士を架橋する変異体を設計し，昆虫細胞内で結晶化させた．続いて，得られた変異体結晶を酸化し，結晶内でジスルフィド結合を形成させた．その後，結晶を溶解することにより，かご型構造体を溶液中へ切り出した．透過型電子顕微鏡，分子間力顕微鏡により構造体を観察し，かご型構造体の構築を確認した．
(2) TbCatB結晶内の特異なフィラメント構造体を溶液中へ切り出すために，初めに変異体設計と細胞内結晶化を行った．変異体結晶のX線結晶構造解析より，結晶内ジスルフィド結合による単量体同士の架橋が示された．続いて，変異体結晶を溶解し，結晶内特有のフィラメント構造体を溶液中へ切り出した．透過型電子顕微鏡により構造体を観察し，フィラメント構造体の構築を確認した．

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Monash University(Australia)
• [Int'l Joint Research] Monash University(Australia)
• [Journal Article] Supramolecular protein cages constructed from a crystalline protein matrix (2018)
  • Author(s): Negishi Hashiru、Abe Satoshi、Yamashita Keitaro、Hirata Kunio、Niwase Kento、Boudes Marion、Coulibaly Fasseli、Mori Hajime、Ueno Takafumi
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 54 Issue: 16 Pages: 1988-1991
  • DOI: 10.1039/c7cc08689j
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Design of Enzyme-Encapsulated Protein Containers by in Vivo Crystal Engineering (2015)
  • Author(s): Abe, S., Ijiri, H., Negishi, H., Yamanaka, H., Sasaki, K., Hirata, K., Mori, H., Ueno, T.
  • Journal Title: Adv. Mater. Volume: 27 Issue: 48 Pages: 7951-7956
  • DOI: 10.1002/adma.201503827
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Construction of supramolecular protein assemblies by molecular design of protein crystals (2018)
  • Author(s): Hashiru Negishi, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] Molecular Design of Protein Crystals for Construction of Functional Supramolecular Architectures (2017)
  • Author(s): 根岸走，Nguyen Khanh Tien，安部聡，上野隆史
  • Organizer: 第65回高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川
• [Presentation] Construction of Protein Supramolecular Assemblies by Utilizing Protein Crystal (2017)
  • Author(s): 根岸走，安部聡，森肇，上野隆史
  • Organizer: 新学術領域研究「動的秩序と機能」第5回国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular Design of Protein Crystals for Construction of Highly Ordered Structures (2017)
  • Author(s): 根岸走，安部聡，上野隆史
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
• [Presentation] 蛋白質結晶内ジスルフィド形成による超分子構造体の構築 (2016)
  • Author(s): 根岸走，安部聡，森肇，上野隆史
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2016-03-27
• [Presentation] 二次元シート構造の構築を目指した蛋白質結晶内ジスルフィド結合の設計 (2016)
  • Author(s): 根岸走，安部聡，上野隆史
  • Organizer: 第6回CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 超分子ナノカップ構造体の構築を目指した細胞内結晶化蛋白質の分子設計 (2015)
  • Author(s): 根岸走，安部聡，森肇，上野隆史
  • Organizer: 第64回高分子討論会
  • Place of Presentation: 宮城
  • Year and Date: 2015-09-15
• [Presentation] 蛋白質結晶内の分子界面設計による超分子ナノカップ構造体の構築 (2015)
  • Author(s): 根岸走，安部聡，森肇，上野隆史
  • Organizer: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2015-09-11