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Rational construction of artificial phase separation for cell engineering with designed peptides

Research Project

Project/Area Number 21K14739
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 37010:Bio-related chemistry
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

Miki Takayuki  東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (20823991)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywordsde novo peptide / protein assembly / in cell reconstitution / cell engineering / Nck1 / self-sorting / 液-液相分離 / 設計ペプチド / 蛋白質集積化 / 自己集合 / 蛋白質会合体 / 細胞
Outline of Research at the Start

細胞内には蛋白質の液-液相分離によって形成されるメンブレンレスオルガネラが存在し、遺伝子発現制御、シグナル伝達など様々なイベントに関連する。この相分離現象を理解し工学的に利用するためには、相分離構造を人工的に且つbottom-up式に構築することが重要である。本研究では、自己集合性ペプチドを用いて細胞内での合理的な相分離構造の構築を目指す。従来、ヒドロゲル開発で用いられてきた自己集合性ペプチドを蛋白質に融合することで、細胞内環境で蛋白質集積体を合理的に構築できると考えた。細胞内での利用に適した自己集合性ペプチドの設計指針を確立し、実際に細胞内で機能化した人工相分離構造の構築を行う。

Outline of Final Research Achievements

In living systems, proteins self-assemble into large bodys, which play fundamental roles. Especially, membraneless organelle draws attention from biochemical and cell biological communities. To mimic and artificially construct these assemblies in living cells, we exploited beta-sheet peptide tags to form artificial polymeric assemblies. In this concept, de novo peptides composed of alternative repeats of hydrophobic and hydrophilic amino acids are genetically fused to the protein of interest. The tag-fused protein expressed in cells spontaneously assembles to form polymeric clusters. Moreover, by modifying the tag sequence, we can easily tune the partition coefficient and the physical properties of the structures.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本課題で開発したペプチドタグ技術は、細胞内でタンパク質集合体を自由自在に設計し、構築する普遍的な手法である。本手法によって、細胞内におけるタンパク質集合体の機能をbottom-upアプローチ研究で調べることが可能となった。実際に、Nck1タンパク質のクラスターを人工的作成でき、クラスター形成における機能発現を細胞内で直接的に評価することに成功した。更に、わずか10残基程度のペプチドをタンパク質に導入するだけのシンプルな手法であることから、容易に多成分の集合体を構築できる。以上のことから、本研究で開発した自己集合性ペプチドタグ技術は、細胞を工学的に改変する基盤的技術になりえる。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 7 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Effects of Hydrophobic Residues on the Intracellular Self-Assembly of De Novo Designed Peptide Tags and Their Orthogonality2022

    • Author(s)
      Miki Takayuki、Kajiwara Keigo、Nakayama Sae、Hashimoto Masahiro、Mihara Hisakazu
    • Journal Title

      ACS Synthetic Biology

      Volume: ASAP Issue: 6 Pages: 2144-2153

    • DOI

      10.1021/acssynbio.2c00058

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Intracellular artificial supramolecules based on de novo designed Y15 peptides2021

    • Author(s)
      Miki Takayuki、Nakai Taichi、Hashimoto Masahiro、Kajiwara Keigo、Tsutsumi Hiroshi、Mihara Hisakazu
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 3412-3412

    • DOI

      10.1038/s41467-021-23794-6

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A guide-tag system controlling client enrichment into Y15 peptide-based granules for an in-cell protein recruitment assay2021

    • Author(s)
      Miki Takayuki、Hashimoto Masahiro、Nakai Taichi、Mihara Hisakazu
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 57 Issue: 86 Pages: 11338-11341

    • DOI

      10.1039/d1cc03450b

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] De novoペプチドによる相分離液滴の設計と細胞内構築2023

    • Author(s)
      三木 卓幸
    • Organizer
      化生セミナー , 東京大学 (Faculty Host: 山東教授)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 両親媒性YKペプチドタグによる細胞内液滴の人工構築とクライアントタンパク質の濃縮2023

    • Author(s)
      橋本 匡浩・三木 卓幸・高橋 広樹・中山 彩恵・三原久和
    • Organizer
      日本化学会 第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of self-assembling peptide tag for intracellular reconstitution of protein assembly2022

    • Author(s)
      Takayuki Miki
    • Organizer
      2022 PSK Annual Spring Meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 細胞内で人工構造を建造2022

    • Author(s)
      三木 卓幸
    • Organizer
      すずかけサイエンスディ2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 自己集合性ペプチドタグによる超分子の細胞内構築2022

    • Author(s)
      三木 卓幸・橋本 匡浩・中井 太一・梶原 圭悟・高橋 広樹・中山 彩恵・三原久和
    • Organizer
      第71回高分子討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] YKペプチドタグによる細胞内での人工相分離液滴モデルの形成2022

    • Author(s)
      三木 卓幸・橋本 匡浩・高橋 広樹・中山 彩恵・三原久和
    • Organizer
      第16回バイオ関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ペプチドを基軸とした細胞内蛋白質の検出・操作技術の開発2022

    • Author(s)
      三木 卓幸
    • Organizer
      新科学技術推進協会(JACI) ライフサイエンス技術部会 材料分科会 勉強会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Design of self-assembling peptide tags for protein-based supramolecular construction in living cells2022

    • Author(s)
      Takayuki Miki・Masahiro Hashimoto・Hiroki Takahashi・Sae Nakayama・Hisakazu Mihara
    • Organizer
      The 59th Japanese Peptide Symposium
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Construction of intracellular protein supramolecular structures using self-assembling peptide tags2022

    • Author(s)
      Takayuki Miki
    • Organizer
      Syracuse University, USA (Host: Prof. Ivan Korendovych)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of self-assembling peptide tags fabricating protein clusters in living cells2022

    • Author(s)
      Takayuki Miki
    • Organizer
      Special Seminar Lecture, UC Berkeley, USA (Faculty Host: Prof. Chris Chang)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] De novoペプチド間の自己集合と蛋白質間相互作用の協奏による細胞内での液滴形成2022

    • Author(s)
      中山 彩恵・三木 卓幸・橋本 匡浩・高橋 広樹・梶原 圭悟・三原久和
    • Organizer
      第32回バイオ・高分子シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] INTRACELLULAR CONSTRUCTION OF PROTEIN CONDENSATES BY AMPHIPHILIC YK PEPTIDES AND EVALUATION OF MOLECULAR CHAPERONES INVOLVED IN MAINTAINING LIQUID DROPLETS2022

    • Author(s)
      Hiroki Takahashi, Takayuki Miki, Masahiro Hashimoto and Hisakazu Mihara
    • Organizer
      The 59th Japanese Peptide Symposium
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of de novo peptide tags to form polymeric protein assemblies in living cells2022

    • Author(s)
      Takayuki Miki
    • Organizer
      Gordon Research Conference, Chemistry and Biology of Peptide
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細胞内で自己集合するペプチドタグ開発1:クラスター形成を伴う蛋白質間相互作用解析2022

    • Author(s)
      橋本 匡浩・三木 卓幸・中井 太一・丹羽 達也・三原久和
    • Organizer
      日本化学会 第102回 春季年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 細胞内で自己集合するペプチドタグ開発2:蛋白質高次構造体の設計と構築2022

    • Author(s)
      三木 卓幸・高橋 広樹・橋本 匡浩・梶原 圭悟・中山 彩恵・三原久和
    • Organizer
      日本化学会 第102回 春季年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 細胞内で液-液相分離を作る設計ペプチドの開発2022

    • Author(s)
      三木 卓幸
    • Organizer
      ライフサイエンス部会材料分科会とLiHubの若手交流会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 両親媒性ペプチドによる細胞内での蛋白質高次構造体の形成2021

    • Author(s)
      三木 卓幸・橋本 匡浩・高橋 広樹・梶原 圭悟・中山 彩恵・中井 太一・三原 久和
    • Organizer
      第15回バイオ関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] INTRACELLULAR RECONSTITUTION AND ANALYSIS OF PROTEIN COMPLEXES BY YN SELF-ASSEMBLING PEPTIDE TAGS2021

    • Author(s)
      Takayuki Miki, Masahiro Hashimoto, Taichi Nakai, Keigo Kajiwara, Hisakazu Mihara
    • Organizer
      The 58th Japanese Peptide Symposium
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Development of β-sheet Y15 peptide for integrating protein in cells2021

    • Author(s)
      Takayuki Miki, Taichi Nakai, Masahiro Hashimoto, Keigo Kajiwara, Hiroshi Tsutsumi, Hisakazu Mihara
    • Organizer
      The international chemical congress of pacific basin societies 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 三原研究室HP

    • URL

      http://www.mihara.bio.titech.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-01-30  

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