蛋白質超分子ナノチューブを利用した機能分子の創成

• Project/Area Number: 18685019
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Chemistry related to living body
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 上野 隆史 Nagoya University, 理学研究科, 助教 (70332179)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥30,550,000 (Direct Cost: ¥23,500,000、Indirect Cost: ¥7,050,000); Fiscal Year 2007: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000); Fiscal Year 2006: ¥20,800,000 (Direct Cost: ¥16,000,000、Indirect Cost: ¥4,800,000)
• Keywords: バクテリオファージT4 / 超分子 / 自己集積 / 酵素 / 蛋白質工学 / ヘム / 複合化 / バクテリオファージ / ナノバイオ / 金属錯体

Research Abstract

生体超分子としてよく知られているバクテリオファージT4は、様々な機能を有する50以上もの部品蛋白質から構成されている。これらの中にはカプセルやチューブといった化学的にも非常に魅力的かつ合成困難な構造体も含まれている。我々はべ一スプレート部位に存在するgene product 27-gene product 5(gp27-gp5)三量体に着目した。この複合体の本来の機能は、大腸菌表面へつきささる針の役割であり、構造と機能が全く異なる蛋白質のヘテロ集合によって特懲的なカップ構造とチューブ構造を有する。本研究では、様々なアプローチによる、このヘテロ集合体への化学機能付与を行った。まずは、gp5ナノチェーブのC末端に金属イオンへの親和性が高いヒスチジンタグを導入し、金イオンと混合後、還元する事によって自己集積的にテトラポッド構造体が形成される事を明らかとした。さらに、gp27によって形成されるカップ空間にシステインを導入し、ヘムを化学修飾する事によって人工酵素を構築した。また、gp27/gp5の集積反応を使って異分子の配列制御も達成する事ができた。
これらの結果は、部品蛋白質の化学基盤としての有用性を示したばかりでなく、自己集積反とくみ合わせる事によって、多彩な機能体を作成できる事を示している。

Research Products

• [Journal Article] Design of Protein Scaffolds for Chemical Reactions Catalyzed by Metal Complexes and Nanoparticles (2008)
  • Author(s): T. Ueno
  • Journal Title: Bull. Jpn. Soc. Coord. Chem. (In press)
  • NAID: 130000061019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular design of hetero protein assemblies providing a bio-nanocup as a chemical reactor (2008)
  • Author(s): T. Koshiyama, N. Yokoi, T. Ueno, * S. Kanamaru, S. Nagano, Y. Shiro, F. Arisaka and Y. Watanabe*
  • Journal Title: Small 1 Pages: 50-54
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ligand design for the improvement of stability of metal complex-protein hybrid (2008)
  • Author(s): N. Yokoi, T. Ueno, M. Unno, T. Matsui, M. Ikeda-Saito and Y. Watanabe
  • Journal Title: Chem. Commun. 2 Pages: 229-231
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Incorporation of Phebox Rhodium Complex into apo-Myoglobin Affords Stable Organometallic Protein Showing Unprecedented Arrangement of the Complex in the Cavity (2007)
  • Author(s): Y. Satake, S. Abe, S. Okazaki, N. Ban, T. Hikage, T. Ueno, H. Nakajima, A. Suznki, T. Yamane, H. Nishiyama, and Y. Watanabe
  • Journal Title: Organometallics 26 Pages: 4904-4908
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design and Structure Analysis of Artificial Metalloproteins: Selective Coordination of His64 to Copper Complexes with Square-Planar Structure in the Apo-Myoglob in Scaffold (2007)
  • Author(s): S. Abe, T. Ueno, P. Reddy, S. Okazaki, T. Hikage, A. Suzuki, T. Yamane, H. Nakajima, and Y. Watanabe
  • Journal Title: Inorg. Chem. 46 Pages: 5137-5139
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structure Based Design of Functional Metal/Protein Hybrids (2007)
  • Author(s): T. Ueno, N. Yokoi, S. Abe, and Y. Watanabe
  • Journal Title: J. Inorg. Biochem. 101 Pages: 1667-1675
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coordination Design of Artificial Metalloproteins Utilizing Protein Vacant Space (2007)
  • Author(s): T. Ueno, S. Abe, N. Yokoi, and Y. Watanabe
  • Journal Title: Coord. Chem. Bev. 251 Pages: 2717-2731
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reactivities of Oxo and Peroxo Intermediates Studied by Hemoprotein Mutants (2007)
  • Author(s): Y. Watanabe, H. Nakajima, and T. Ueno
  • Journal Title: Acc. Chem. Res. 40 Pages: 554-562
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of Artificial Metalloenzymes using Non-covalent Insertion of a Metal Complex into a Protein Scaffold (2007)
  • Author(s): T.Ueno, T.Koshiyama, S.Abe, N.Yokoi, M.Ohashi, H.Nakajima, Y.Watanabe
  • Journal Title: J. Organometal. Chem. 692 Pages: 142-147
• [Journal Article] Coordination Design of Artificial Metalloproteins Utilizing Protein Vacant Space (2007)
  • Author(s): T.Ueno, S.Abe, N.Yokoi, Y.Watanabe
  • Journal Title: Coord. Chem. Rev. (In press)
• [Journal Article] Bio-nanotube tetrapod assembly by in situ synthesis of Au nanocluster with (gp5-His_6)_3 from bacteriophage T4 (2006)
  • Author(s): T.Ueno, T.Koshiyama, T.Tsuruga, T.Goto, S.Kanamaru, F.Arisaka, Y.Watanabe
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. 45 Pages: 4508-4512
• [Journal Article] Design of Metal Cofactors Activated by Protein-Protein Electron Transfer System (2006)
  • Author(s): T.Ueno, N.Yokoi, M.Unno, T.Matsui, Y.Tokita, M.Yamada, M.Ikeda- Saito, H.Nakajima, Y Watanabe
  • Journal Title: Pro. Natl. Acad. Sci. USA. 103 Pages: 9416-9421
• [Presentation] 高次集合体構築を目指した部品蛋白質化学 (2008)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 第88回日本化学会 春早年会
  • Place of Presentation: 立教大学
  • Year and Date: 2008-03-30
• [Presentation] ACCUMLATION OF METAL IONS IN A PROTEIN NANOCAGE (2007)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: Third International Symposium on Chemistry of Coordination Space-ISCCS
  • Place of Presentation: 淡路
  • Year and Date: 2007-12-10
• [Presentation] 高次分子集合体構築を目指した蛋白質化学 (2007)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 京都大学工学研究科 機能化学講座 第一回若手招待講演会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2007-10-20
• [Presentation] 蛋白質複合体を利用した金属錯体活性化 (2007)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 第57回錯体化学討論会錯体化学会研究奨励賞受賞講演
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2007-09-27
• [Presentation] 蛋白質複合体による触媒戦略 (2007)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 文部科学省・特定領域研究 元素相乗化合物の化学 第二回若手コロキウム
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Year and Date: 2007-09-07
• [Presentation] 多孔性蛋白質結晶による化学反応観察 (2007)
  • Author(s): 上好隆史・大木崇宏・渡辺芳人
  • Organizer: 第56回高分子討論会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2007-09-01
• [Presentation] 蛋白質集積カプセルを利用した精密反応設計 (2007)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 第53回高分子研究発表会ヤングサイエンティスト講演
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2007-07-20
• [Presentation] 蛋白質超分子・金属錯体触媒複合化による有機金属酵素の構築 (2007)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 第8回酵素応用シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2007-06-15
• [Presentation] 蛋白質分子集合体による金属イオン制御 (2007)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 分子科学研究所研究会 新領域創成プログラム「金属と分子集合」
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Year and Date: 2007-06-01
• [Presentation] 蛋白質高次構造体によるナノ材料科学 (2007)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 第7回日本蛋白質料学会年会 ワークショップ
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2007-05-24
• [Presentation] 蛋白質結晶構造に基づいた化学反応設計 (2007)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 「化学、薬学、生化学者のための粉末・微笑結晶解析の最前線」シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2007-04-26
• [Presentation] Designing protein assembly for biomaterials chemistry (2007)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: The 3rd Joint Seminar University of Munster-Nagoya University
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2007-04-20
• [Book] バイオナノプロセス-溶液中でナノ構造を作るウェット・ナノテクノロジーの薦め- (2008)
  • Author(s): 安部聡、上野隆史
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 金属酵素の設計に挑む(8章)(化学フロンティア16チャンピオンレコードをもつ金属錯体最前線) (2006)
  • Author(s): 渡辺芳人, 上野隆史
  • Total Pages: 10
  • Publisher: 化学同人
• [Patent(Industrial Property Rights)] 改変アポフェリチンの製造法とその利用 (2006)
  • Inventor(s): 上野隆史, 渡辺芳人, 鈴木理子, 安部聡, 安部瑞恵, 平田邦夫, 山本雅貴, 高田昌樹
  • Industrial Property Rights Holder: 財団法人名古屋産業科学研究所
  • Filing Date: 2006-09-07