Creation of artificial enzymes by combining metal-induced self-assembly and peptide chemistry

• Project/Area Number: 19H02697
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology (2021-2022); The University of Tokyo (2019-2020)
• Principal Investigator: Sawada Tomohisa 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (70625467)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
• Keywords: 自己組織化 / ペプチド / 配位結合 / ナノ空間 / 分子認識 / 不斉反応 / トポロジー / 金属イオン / ナノ構造 / フォールディング / 人工酵素

Outline of Research at the Start

温和な条件下での高効率な物質変換を行う酵素を人工構築することは、化学における重要な課題の一つである。自己集合化学では古くより、分子の集合体形成によって得られる様々なナノサイズの空隙(ナノ空間)を天然の酵素の空孔になぞらえて、分子認識や反応の加速効果などを実証してきた。しかし、既存のナノ空間は「空間的な仕切り」としての機能が主であった。本研究では、空間的に仕切られた人工のナノ空間内に、特定の官能基や活性中心となる補酵素類を精密集積させた人工ナノ空間を独自に構築し、効率的かつ精密な人工酵素の合成を実現を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Metal-induced folding and assembly of short peptides can construct higher-order peptide nanostructures. In this study, exploration of new peptidic nanostructures based on sequence design was conducted, and also molecular recognition/reaction properties of their unique nanocavities were investigated.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究において見出した、高次ペプチド構造の高効率合成法とナノ空間としての機能は、将来、生体系に匹敵するような人工酵素の実現に向けた重要な第一歩となりうる。

Research Products

• [Journal Article] Metal-Peptide Nonafoil Knots and Decafoil Supercoils (2021)
  • Author(s): Y. Inomata, T. Sawada, M. Fujita
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 143 Issue: 40 Pages: 16734-16739
  • DOI: 10.1021/jacs.1c08094
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Parallel and antiparallel peptide double β-helices controlledby metal-induced folding and assembly (2021)
  • Author(s): Tomohisa Sawada, Wataru Iwasaki, Motoya Yamagami, Makoto Fujita
  • Journal Title: Natural Sciences Volume: 1 Issue: 1
  • DOI: 10.1002/ntls.10008
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Orderly Entangled Nanostructures of Metal-Peptide Strands (2021)
  • Author(s): T. Sawada, M. Fujita
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Jpn Volume: 94 Issue: 10 Pages: 2342-2350
  • DOI: 10.1246/bcsj.20210218
  • NAID: 130008117215
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] X‐ray Crystallographic Observation of Chiral Transformations within a Metal?Peptide Pore (2020)
  • Author(s): Saito Ami、Sawada Tomohisa、Fujita Makoto
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 59 Issue: 46 Pages: 20367-20370
  • DOI: 10.1002/anie.202007731
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Folding and Assembly of Metal-Linked Peptidic Nanostructures (2020)
  • Author(s): Tomohisa Sawada, Makoto Fujita
  • Journal Title: Chem Volume: 6 Issue: 8 Pages: 1861-1876
  • DOI: 10.1016/j.chempr.2020.07.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ピリジニウム架橋部位を有する環状ペプチドの合成 (2023)
  • Author(s): 船倉健史・青木達哉・吉沢道人・澤田知久
  • Organizer: 日本化学会 第103回 春季年会
• [Presentation] M60L60ペプチド巨大ケージの外面化学修飾 (2023)
  • Author(s): 佐柄直・吉沢道人・澤田知久
  • Organizer: 日本化学会 第103回 春季年会
• [Presentation] 配位結合を用いたクロスβ性ペプチドナノ構造におけるβシート積層相互作用のX線観察 (2023)
  • Author(s): 恒川英介、澤田知久、藤田誠
  • Organizer: 日本化学会 第103回 春季年会
• [Presentation] 銅イオンを利用した巨大ペプチドカプセル構造のフォールディング集合 (2023)
  • Author(s): 小熊蒼汰、猪俣祐貴、澤田知久、藤田誠
  • Organizer: 日本化学会 第103回 春季年会
• [Presentation] 金属・ペプチド鎖で構築されたβバレル構造の溶液挙動の観測 (2023)
  • Author(s): 小野塚凌、澤田知久、藤田誠
  • Organizer: 日本化学会 第103回 春季年会
• [Presentation] Metal-induced peptide folding and assembly (2022)
  • Author(s): Tomohisa Sawada
  • Organizer: International Conference on Metal-Binding Peptides 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] フォールディング集合法：高次絡まり分子トポロジーの合成法 (2022)
  • Author(s): 澤田知久
  • Organizer: 第7回 有機結晶プレシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 金属・ペプチド鎖が創り出す高度な絡まりトポロジー構造 (2022)
  • Author(s): 澤田知久
  • Organizer: 第15回超分子若手懇談会
  • Invited
• [Presentation] Highly Entangled Metal-Peptide Rings and Nets (2022)
  • Author(s): Tomohisa Sawada
  • Organizer: The 19th Korea-Japan Joint Symposium on Organometallic and Coordination Chemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Construction of Cu-based peptide capsules by tridentate ligand designs (2022)
  • Author(s): 小熊蒼汰・猪俣祐貴・澤田知久・藤田誠
  • Organizer: 錯体化学会第７２討論会
• [Presentation] Structural control of synthetic 8- and 6-stranded β-barrel complexes (2022)
  • Author(s): 小野塚凌・澤田知久・藤田誠
  • Organizer: 錯体化学会第７２討論会
• [Presentation] 配位駆動フォールディング集合を用いたクロスβペプチド構造の精密構築 (2022)
  • Author(s): 恒川英介・澤田知久・藤田誠
  • Organizer: 第1２回CSJ化学フェスタ2022
• [Presentation] 金属と短いペプチドが織りなす球状集合体 (2022)
  • Author(s): 澤田 知久
  • Organizer: 高分子学会 21-2 超分子研究会「球状集合体の世界 - 数ナノから数百ナノサイズまで -」
  • Invited
• [Presentation] Metal-induced peptide folding and assembly (2022)
  • Author(s): Tomohisa Sawada
  • Organizer: International Conference on Metal-Binding Peptides: Methodologies and Applications
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 60交点の絡まりトポロジーをもつ巨大金属ペプチド球殻構造の合成 (2022)
  • Author(s): 猪俣 祐貴、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０２春季年会
• [Presentation] 金属ペプチド絡まりネットワークにおける有限・無限変換 (2022)
  • Author(s): 小熊 蒼汰、猪俣 祐貴、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０２春季年会
• [Presentation] ペプチドトーラス結び目錯体のトポロジカル不斉の制御 (2022)
  • Author(s): 早川 覚博、猪俣 祐貴、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０２春季年会
• [Presentation] Dアミノ酸の導入によるβシート二重螺旋構造のフォールディング集合 (2022)
  • Author(s): 恒川 英介、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０２春季年会
• [Presentation] 人工βバレル錯体の内面官能基化 (2022)
  • Author(s): 小野塚 凌、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０２春季年会
• [Presentation] 細孔性ペプチド錯体内でのDiels-Alder付加体のX線観察 (2022)
  • Author(s): 土屋 俊介、恒川 英介、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０２春季年会
• [Presentation] チロシン側鎖の改変による絡まりペプチド錯体の構造制御 (2022)
  • Author(s): 中川 崇弘、早川 覚博、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０２春季年会
• [Presentation] Construction of Highly Entangled Torus Topologies via Folding and Assembly of Metal-Peptide Strands (2021)
  • Author(s): Yuuki Inomata, Tomohisa Sawada, Makoto Fujita
  • Organizer: ACS publications symposium: The Power of Chemical Transformations
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Modular conformational change in a metal-peptide link by proline cis-trans isomerization (2021)
  • Author(s): 猪俣 祐貴、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 錯体化学会第７１討論会
• [Presentation] Construction of precise parallel β-sheet nanostructures via metal-induced folding and assembly (2021)
  • Author(s): 恒川 英介、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 錯体化学会第７１討論会
• [Presentation] 配位部位への化学修飾に基づくペプチドトーラス結び目錯体の構造制御 (2021)
  • Author(s): 早川 覚博、猪俣 祐貴、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 錯体化学会第７１討論会
• [Presentation] フォールディング集合法による動的βバレル錯体の構築 (2021)
  • Author(s): 小野塚 凌、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 錯体化学会第７１討論会
• [Presentation] ペプチド三交差ユニットを経由する配位誘起フォールディング集合 (2021)
  • Author(s): 齋藤 杏実、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０１春季年会
• [Presentation] 金属連結ペプチド鎖の絡まり特性を利用した高次トーラス分子トポロジーの創出 (2021)
  • Author(s): 猪俣 祐貴、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０１春季年会
• [Presentation] 配位駆動フォールディング集合法によるβヘリックス二重鎖の構造制御 (2021)
  • Author(s): 岩崎 航、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０１春季年会
• [Presentation] 人工ペプチドカプセル内における空孔内側鎖の官能基化 (2021)
  • Author(s): 小熊 蒼汰、猪俣 祐貴、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０１春季年会
• [Presentation] ペプチド配位子修飾による7および8交点トーラス結び目の構造制御 (2021)
  • Author(s): 早川 覚博、猪俣 祐貴、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０１春季年会
• [Presentation] 側鎖の立体的噛み合い構造を利用したβシート性配位ナノチューブの精密集積 (2021)
  • Author(s): 恒川 英介、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０１春季年会
• [Presentation] 配位駆動フォールディング集合によるβバレル構造の拡張と機能化 (2021)
  • Author(s): 小野塚 凌、岩崎 航、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０１春季年会
• [Presentation] 細孔性ペプチド錯体内で誘起されたキラルな構造のX線観察 (2021)
  • Author(s): 宗 柏伶、齋藤 杏実、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第１０１春季年会
• [Presentation] A series of highly entangled metal-peptide frameworks based on a three-crossing unit (2020)
  • Author(s): Ami Saito, Tomohisa Sawada, Makoto Fujita
  • Organizer: 錯体化学会第７０討論会
• [Presentation] 細孔性ペプチド錯体結晶によるキラルなヘミアセタールの捕捉とそのX線観察 (2020)
  • Author(s): 齋藤 杏実、澤田 知久、藤田 誠
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ
• [Book] フロンティア・ナノ金属錯体化学（1.1章 巨大中空構造の自己集合と分子包接） (2022)
  • Author(s): 澤田知久（山下正廣・小西克明 編）
  • Total Pages: 464
  • Publisher: 三共出版
  • ISBN: 9784782708019
• [Remarks] 吉沢・澤田研究室
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/~smart/nspace.html
• [Remarks] 吉沢・澤田研究室HP
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/~smart/nspace.html
• [Remarks] 藤田研究室HP
  • URL: http://fujitalab.t.u-tokyo.ac.jp
• [Remarks] 藤田研究室ウェブサイト
  • URL: http://fujitalab.t.u-tokyo.ac.jp/