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Structural studies on the encapsulin nanoparticle for its protein-engineering applications

Research Project

Project/Area Number 19K05835
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 38030:Applied biochemistry-related
Research InstitutionSojo University

Principal Investigator

Hira Daisuke  崇城大学, 生物生命学部, 准教授 (00569890)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywordsエンカプスリン / ナノ粒子 / タンパク質発現系 / 多量体形成 / Encapsulin
Outline of Research at the Start

エンカプスリンは細菌および古細菌でみられる細胞内構造体であり、タンパク質分子が自己集合して形成されるタンパク質ナノ粒子である。これまでに、ホモ60量体およびホモ180量体が知られており、粒子内部に特異的に別のタンパク質(荷物タンパク質)を内包する性質を有している。エンカプスリンは、そのナノ粒子形成能および特異的なタンパク質の内包性を利用したナノカプセルとしての工学的応用研究も進められているが、未だ研究例および構造生物学的知見が不足している。そこで本研究では、生化学的・構造生物学的研究によってエンカプスリンナノ粒子のタンパク質工学応用への基盤を構築する。

Outline of Final Research Achievements

Encapsulin is a protein nanoparticle formed by the self-assembly of one type of protein. Encapsulin can precisely encapsulate another protein (cargo protein) inside the particle. In this study, we constructed the expression system of the encapsulin nanoparticle and analyzed its three-dimensional structure for its application. First, we constructed an E. coli expression system that co-expressed encapsulin (GkEnc) from the thermophilic bacterium Geobacillus kaustophilus and an exogenous cargo protein gene and successfully prepared GkEnc nanoparticles that can freely encapsulate exogenous cargo proteins. Furthermore, using this expression system showed that lipase and other difficult-to-express proteins can be produced in E. coli.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ウイルスの外殻を形成するタンパク質などは、数十から数百という多くのタンパク質分子が自己集合して、数十から数百ナノメートルという、非常に大きな構造体を形成する。これらタンパク質構造体は、さまざまなカプセルとして応用可能であり、エンカプスリンについても、国内外で、その性質を利用した工学的応用研究が進められている。本研究では、元来は大腸菌において難発現性であるタンパク質が、GkEncナノ粒子に内包されることで可溶性発現可能となることが明らかとなった。今後さらに研究を進展させることで、エンカプスリンナノ粒子を難発現性タンパク質生産へと応用することが期待できる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2022 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Structural basis for the core-mannan biosynthesis of cell wall fungal-type galactomannan in Aspergillus fumigatus2020

    • Author(s)
      Hira Daisuke、Onoue Takuya、Oka Takuji
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 295 Issue: 45 Pages: 15407-15417

    • DOI

      10.1074/jbc.ra120.013742

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Unique hexameric structure of copper-containing nitrite reductase of an anammox bacterium KSU-12020

    • Author(s)
      Hira Daisuke、Matsumura Misa、Kitamura Ryuji、Furukawa Kenji、Fujii Takao
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 526 Issue: 3 Pages: 654-660

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2020.03.144

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] エンカプスリンナノ粒子カプセルを用いた難発現性タンパク質の精製2022

    • Author(s)
      隈元詩織、平大輔
    • Organizer
      令和4年度日本生化学会 九州支部例会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 外来タンパク質を内包するナノ粒子タンパク質発現系の構築2019

    • Author(s)
      石原沙季、立田祐琳亜、岡拓二、平 大輔
    • Organizer
      第71回(2019年)日本生物工学会大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] タンパク質内包発現用カプセルとしてのエンカプスリンの改変2019

    • Author(s)
      佐々木旭、岡拓二、平大輔
    • Organizer
      日本生物工学会九州支部長崎大会(2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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