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 2022)
• 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。
植物シグナル伝達タンパク質の合成を行った。さらに様々な種類の蛍光分子を用いて蛍光修飾を行った。得られた修飾タンパク質を用いて、植物の組織内での蛍光観察実験を行い、実験に適した蛍光修飾について検証した。結果として、CRPの組織内での局在について知見を得た。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

蛍光修飾CRPの化学合成に成功し、蛍光イメージング実験を行った。CRPの局在情報について観察を行うことができた。また新たに抗菌活性を持つ植物由来CRPと生殖プロセスに関わる植物由来CRPの2つの化学合成にも着手した。

Strategy for Future Research Activity

新たに始めた2つのCRPの合成研究に取り組む。特にフォールディングの条件について検証を行う。また合成が完了次第、生理活性について検証を行う。フォールディング構造の検証は生理活性を確認することで行う。またそれぞれの実験系に合わせて必要な化学修飾についても検討を行う。

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