Chemical Synthesis of Plant Secreted Proteins

• Project/Area Number: 22K05312
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 大石 俊輔 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任助教 (80707795)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: タンパク質化学 / ペプチド化学 / ケミカルバイオロジー / 有機合成化学

Outline of Research at the Start

タンパク質の修飾によって作られるタンパク質プローブは基礎生物学や創薬研究を支える重要な技術となっている。しかし、その合成には大きな労力が必要である上、個々の生物実験系に合わせて試行錯誤によってプローブを作成する必要がある。本研究ではこの問題を解決するため、効率的なタンパク質の迅速合成法によって迅速かつ網羅的に修飾タンパク質を創出し、その中からプローブを選抜する方法を提案する。修飾タンパク質はLate Stage Functionalization、すなわち化学合成による精密な改変タンパク質の合成とバイオコンジュゲーション化学を組み合わせた戦略でアプローチする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではタンパク質の化学全合成と修飾タンパク質の迅速合成によって、生命科学研究に適したタンパク質プローブの開発を効率化することを目的とする。化学全合成の技術によって、構造が均一かつ明確なタンパク質を得ることができる。特に本研究では生物学的手法では合成が困難なシステインリッチタンパク質(CRP)を標的とする。CRPは抗菌作用、神経毒性、脂質輸送など様々な機能を持つタンパク質ファミリーであり、植物ではシグナル伝達物質として多くの生理作用の鍵となる。構造的には複数のシステイン残基を持ち、分子内ジスルフィド結合によって立体構造を形成する。
本年度は、前年度に開始した2つのCRPの合成研究に継続して取り組んだ。これまでのCRP合成の知見を活かして、抗菌CRPはフォールディングの条件について検証を行った。生物活性の確認と立体構造（特にジスルフィド結合の組み合わせ）の解明にも取り組んでいる。さらに誘導体合成と構造活性相関研究も進行中である。将来的には農業への応用を目指す予定である。そのため、より実践的な投与方法の開発も必要である。より大きなスケールでの合成法の確立にも取り組む予定である。
生殖関連CRPは各ペプチドセグメントの合成最適化研究を中心に行った。3つのセグメントの最適化を並行して行うことで早期に合成法の確立を目指す。今後は最適化した合成法によって合成した各セグメントを連結し、合成の達成を目指す予定である。合成したCRPは生物活性評価によってその機能と構造を確認する計画である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまでの研究で蓄積した合成ノウハウを活用して、新たなCRPの合成にも挑戦している。ジスルフィド結合形成反応の条件の確立など着実に合成が進捗している。機能と構造の解明を行うための準備を整えることができた。

Strategy for Future Research Activity

抗菌CPRペプチドは、機能と構造の解明とさらには構造活性相関研究を行う予定である。生殖関連CRPは合成法の確立と生理活性の確認を目指す。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ETH Zurich(スイス)
• [Int'l Joint Research] The University of Texas at Austin(米国)
• [Journal Article] Chemical synthesis of the EPF-family of plant cysteine-rich proteins and late-stage dye attachment by chemoselective amide-forming ligations (2022)
  • Author(s): Kumarswamyreddy Nandarapu、Nakagawa Ayami、Endo Hitoshi、Shimotohno Akie、Torii Keiko U.、Bode Jeffrey W.、Oishi Shunsuke
  • Journal Title: RSC Chemical Biology Volume: 3 Issue: 12 Pages: 1422-1431
  • DOI: 10.1039/d2cb00155a
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemical synthesis of <i>Torenia</i> plant pollen tube attractant proteins by KAHA ligation (2022)
  • Author(s): Kumarswamyreddy Nandarapu、Reddy Damodara N.、Robkis D. Miklos、Kamiya Nao、Tsukamoto Ryoko、Kanaoka Masahiro M.、Higashiyama Tetsuya、Oishi Shunsuke、Bode Jeffrey W.
  • Journal Title: RSC Chemical Biology Volume: 1 Issue: 6 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1039/d2cb00039c
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Regulation of ammonium acquisition and use in Oryza longistaminata ramets under nitrogen source heterogeneity (2022)
  • Author(s): Misato Kawai, Ryo Tabata, Miwa Ohashi, Haruno Honda, Takehiro Kamiya, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Shunsuke Oishi, Satoru Okamoto, Takushi Hachiya, Hitoshi Sakakibara
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 188 Issue: 4 Pages: 2364-2376
  • DOI: 10.1093/plphys/kiac025
  • Peer Reviewed / Open Access