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Development of a microfluidic device for protein-ligand complex structure analysis

Research Project

Project/Area Number 19K15596
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

Maeki Masatoshi  北海道大学, 工学研究院, 助教 (40744248)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywordsマイクロ流体デバイス / タンパク質 / X線結晶構造解析 / 立体構造 / 創薬 / タンパク質複合体 / 5 / タンパク質結晶構造解析 / タンパク質ーリガンド複合体 / リガンドスクリーニング
Outline of Research at the Start

創薬開発では、タンパク質の立体構造情報をもとにした薬剤設計(SBDD)が一般化しており、X線結晶構造解析への需要が高まっている。しかし、タンパク質-リガンド複合体の調製と構造解析は手作業で行われており、スループットに大きな課題がある。本研究では、従来の複合体構造解析を革新する、マイクロデバイスによるタンパク質-リガンド複合体のハイスループット構造解析法を開発する。これにより、SBDD創薬・in silico 創薬を加速させ、我が国の創薬力強化に貢献する。

Outline of Final Research Achievements

Three-dimensional (3D) protein-ligand structure analysis provides essential information for drug discovery. Generally, 3D protein structure is determined by X-ray crystallography. In particular, X-ray crystallography allows to determine the binding site of ligands. However, the conventional X-ray protein crystallography requires complicate pre-treatment for protein-ligand complex measurement. Therefore, improvement of the measurement throughput is one of the major challenges on the X-ray protein crystallography. In this research, we developed microfluidic devices for protein-ligand structure analysis.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発したマイクロデバイス、および、X線結晶構造解析法は、従来の測定法と比較して、簡便な測定操作でタンパク質・リガンド複合体の立体構造解析法を提供することができる。これによって、タンパク質・リガンド複合体の立体構造情報の取得効率を改善でき、創薬研究開発の加速に大きく貢献することができる。また、本法で決定可能な生理条件に近い室温でのタンパク質の立体構造情報は、生体内でのタンパク質の構造と機能の関係を解明するために、不可欠になると考えられる。

Report

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

    (11 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Room-temperature crystallography using a microfluidic protein crystal array device and its application to protein-ligand complex structure analysis2020

    • Author(s)
      Maeki Masatoshi、Ito Sho、Takeda Reo、Ueno Go、Ishida Akihiko、Tani Hirofumi、Yamamoto Masaki、Tokeshi Manabu
    • Journal Title

      Chemical Science

      Volume: 11 Issue: 34 Pages: 9072-9087

    • DOI

      10.1039/d0sc02117b

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Real-Time Measurement of Protein Crystal Growth Rates within the Microfluidic Device to Understand the Microspace Effect2020

    • Author(s)
      Masatoshi Maeki , Shohei Yamazaki , Reo Takeda , Akihiko Ishida , Hirofumi Tani , Manabu Tokeshi
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 5 Issue: 28 Pages: 17199-17206

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c01285

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] HIGH-THROUGHPUT X-RAY CRYSTALLOGRAPHY BASED ON THE PROTEIN CRYASTAL ARRAY2019

    • Author(s)
      Reo Takeda, Masatoshi Maeki, Sho Ito, Go Ueno, Kunio Hirata, Akihiko Ishida, Hirofumi Tani, Masaki Yamamoto, Manabu Tokeshi
    • Journal Title

      Proc. Micro TAS 2019

      Volume: 2019 Pages: 191-192

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 機能集積化マイクロ化学デバイスの開発と医薬分野への展開2021

    • Author(s)
      真栄城正寿
    • Organizer
      2020年度 日本化学会北海道支部奨励賞 受賞講演
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] マイクロデバイスを用いたタンパク質結晶の室温複合体構造解析2020

    • Author(s)
      竹田怜央, 真栄城正寿, 伊藤翔, 上野剛, 石田晃彦, 谷博文, 山本雅貴, 渡慶次学
    • Organizer
      化学とマイクロナノシステム学会 第42回研究会(CHEMINAS42)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 常温X線結晶構造解析のためのマイクロデバイスの開発2020

    • Author(s)
      舟久保 智瑛, 真栄城 正寿, 伊藤 翔, 上野 剛, 石田 晃彦, 谷 博文, 山本 雅貴, 渡慶次 学
    • Organizer
      第80回分析化学討論会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] マイクロデバイスによるタンパク質の立体構造解析2019

    • Author(s)
      真栄城正寿
    • Organizer
      PAI-NET マーケットトレンドセミナー 「マイクロフルイディクスの実用化」
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] マイクロデバイスを用いたタンパク質-リガンド複合体構造解析2019

    • Author(s)
      真栄城正寿, 竹田怜央, 伊藤翔, 上野剛, 平田邦生, 石田晃彦, 谷博文, 山本 雅貴, 渡慶次学
    • Organizer
      第79回分析化学討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] HIGH-THROUGHPUT X-RAY CRYSTALLOGRAPHY BASED ON THE PROTEIN CRYSTAL ARRAY2019

    • Author(s)
      Reo Takeda, Masatoshi Maeki, Sho Ito, Go Ueno, Kunio Hirata, Akihiko Ishida, Hirofumi Tani, Masaki Yamamoto, Manabu Tokeshi
    • Organizer
      The 23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マイクロデバイスを用いたタンパク質-リガンド複合体構造解析のハイスループット化2019

    • Author(s)
      竹田怜央 , 真栄城正寿 , 伊藤翔 , 上野剛 , 平田邦夫 , 石田晃彦 , 谷博文 , 山本雅貴 , 渡慶次学
    • Organizer
      日本化学会北海道支部2019年夏季研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] マイクロデバイスを用いたX線結晶構造解析の高速化とリガンドスクリーニングへの応用2019

    • Author(s)
      竹田怜央 , 真栄城正寿 , 伊藤翔 , 上野剛 , 平田邦夫 , 石田晃彦 , 谷博文 , 山本雅貴 , 渡慶次学
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第39回研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2022-01-27  

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