• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

In situ実時間追跡による細胞内タンパク質結晶化メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 22K19266
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

安部 聡  東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (40508595)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 梶谷 孝  東京工業大学, オープンファシリティセンター, 主任技術専門員 (20469927)
Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Keywords細部内タンパク質結晶 / X線小角散乱 / X線回折 / 結晶化メカニズム / タンパク質結晶 / 構造解析 / 小角散乱 / 結晶化機構
Outline of Research at the Start

近年、細胞内でタンパク質が自発的に結晶化し、様々な機能を発現することが明らかとなってきた。しかし、多様な機能の要となる結晶化過程は依然として不明であり、細胞内タンパク質結晶の全容を理解する上で長年の課題となっている。本研究では、結晶の初期過程のオリゴマー形成からサブマイクロ結晶に至るまで、無秩序な集合体から秩序構造への動的な変化をX線小角角散乱法(SAXS)と微結晶構造解析によって直接追跡し、細胞内結晶化の全容解明に挑む。

Outline of Annual Research Achievements

近年、細胞内でタンパク質が自発的に結晶化し、免疫活性化や毒素、ウイルスの保存、固体触媒など、様々な機能を発現することが明らかとなってきた。しか し、多様な機能の要となる結晶化過程は依然として不明であり、細胞内タンパク質結晶の全容を理解する上で長年の課題となっている。そこで、本研究では、結 晶化初期過程のオリゴマー形成からサブマイクロ結晶に至るまで、無秩序な集合体から秩序構造への動的な変化を微結晶X線構造解析とX線小角散乱法(SAXS)に よって直接追跡し、細胞内結晶化の全容を解明する。
昨年度は、細胞内で結晶を形成する「多角体」と「CipA」を用いて大腸菌での結晶化とその構造解析を行った。今年度は、大腸菌で結晶化する「多角体」を用いて、X線小角散乱の時間追跡により結晶化機構の追跡を行った。多角体を大腸菌内で30℃で発現し、SAXS測定を行うと発現開始後2時間後からわずかに結晶性を示すブラッグピークが観察された。このブラックピークは、結晶が成長した後のピークと同じq値に見られることから結晶形成の初期から同様のパッキングで結晶化されていることが示された。また、1時間発現したサンプルでは、ブロードの散乱ピークが観測され、結晶前駆体の存在を示唆している。一方で、37℃でタンパク質を発現した場合では、凝集構造はみられたもののこのような散乱ピークは観測できないため、30℃合成でみられた散乱ピークはランダムな凝集体ではなく結晶になる中間構造の存在を示唆している。したがって、多角体の結晶化では発現開始後1時間で特異な集合構造を形成し、その後結晶核を形成し成長すると考えられた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、昨年度の結果をもとにX線小角散乱により結晶化追跡を行い、結晶性を示す前に集合構造を示すことを示唆する結果が得られた。今まで細胞内での結晶化メカニズムは明らかになっていないため、メカニズム解明に近づけた。

Strategy for Future Research Activity

来年度は、多角体だけではくCipAのSAXS の時間追跡と結晶形成に重要だと思われる変異体の合成を行い、これらの結晶化とその解析を進める。さらなる測定により結晶化追跡も進める予定である。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] A Protein Needle Facilitates Encapsulation of Target Proteins <i>via</i> <i>In-Cell</i> Protein Crystallization2023

    • Author(s)
      Pham Thuc Toan、Abe Satoshi、Hirata Kunio、Katayama Kazuhiko、Ueno Takafumi
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 52 Issue: 9 Pages: 720-723

    • DOI

      10.1246/cl.230282

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Crystal structure of the in-cell Cry1Aa purified from Bacillus thuringiensis2023

    • Author(s)
      Tanaka Junko、Abe Satoshi、Hayakawa Tohru、Kojima Mariko、Yamashita Keitaro、Hirata Kunio、Ueno Takafumi
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 685 Pages: 149144-149144

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2023.149144

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Displaying a Protein Cage on a Protein Crystal by In-Cell Crystal Engineering2023

    • Author(s)
      Pham Thuc Toan、Abe Satoshi、Date Koki、Hirata Kunio、Suzuki Taiga、Ueno Takafumi
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 23 Issue: 22 Pages: 10118-10125

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.3c02117

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 無細胞タンパク質合成を利用した迅速結晶化と構造解析2023

    • Author(s)
      安部 聡、上野隆史
    • Journal Title

      放射光

      Volume: 36 Pages: 266-272

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] 細胞内タンパク質結晶を利用した超分子構造体合成2023

    • Author(s)
      安部 聡, 上野隆史
    • Journal Title

      超分子研究会 アニュアルレビュー

      Volume: 43 Pages: 6-7

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] Cell-free protein crystallization for nanocrystal structure determination2022

    • Author(s)
      Abe Satoshi、Tanaka Junko、Kojima Mariko、Kanamaru Shuji、Hirata Kunio、Yamashita Keitaro、Kobayashi Ayako、Ueno Takafumi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 16031-16031

    • DOI

      10.1038/s41598-022-19681-9

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Controlled Uptake of an Iridium Complex inside Engineered apo‐Ferritin Nanocages: Study of Structure and Catalysis**2022

    • Author(s)
      Taher Mohd、Maity Basudev、Nakane Taiki、Abe Satoshi、Ueno Takafumi、Mazumdar Shyamalava
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 61 Issue: 13

    • DOI

      10.1002/anie.202116623

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] タンパク質カゴ「フェリチン」に組み込んだ金属錯体による不斉反応の効率化2022

    • Author(s)
      安部 聡, 上野隆史
    • Journal Title

      バイオサイエンスとインダストリー

      Volume: 80 Pages: 478-479

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] 細胞内タンパク質結晶の分子設計による生体固体材料の機能創成2022

    • Author(s)
      安部 聡, 上野隆史
    • Journal Title

      日本結晶成長学会誌

      Volume: 49

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 無細胞タンパク質結晶化の迅速構造決定への応用2023

    • Author(s)
      安部聡、小島摩利子、中筋勇人、Xinchen Yao、上野隆史
    • Organizer
      第17回バイオ関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 細胞内タンパク質結晶化と機能開発2023

    • Author(s)
      安部 聡
    • Organizer
      令和5年度日本結晶学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 固体機能材料の開発を目指した細胞内タンパク質結晶エンジニアリング2023

    • Author(s)
      安部 聡, 田中潤子, 中筋勇人, 上野隆史
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 細胞内タンパク質結晶の分子界面エンジニアリングによる安定制御,2023

    • Author(s)
      永間美咲, 安部聡
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 細胞内タンパク質結晶エンジニアリングによる天然変性タンパク質の構造決定2023

    • Author(s)
      小島摩利子, 安部聡, 上野隆史
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Molecular design for immobilizing foreign molecules into porous protein crystals2023

    • Author(s)
      Yao Xinchen, Mariko Kojima, Satoshi Abe, Takafumi Ueno.
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] タンパク質結晶化を促進する細胞内鋳型結晶設計2022

    • Author(s)
      安部 聡, 小島摩利子, 上野隆史
    • Organizer
      日本結晶学会年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 細胞内結晶鋳型設計を志向したBt菌由来Cry1Aaの構造解析2022

    • Author(s)
      田中潤子, 安部聡, 早川徹
    • Organizer
      第16回バイオ関連科学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Protein crystallization and structure analysis using cell-free protein synthesis2022

    • Author(s)
      Satoshi Abe, Junko Tanaka, Yuki Kojima, Takafumi Ueno.
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 人工タンパク質針を内包した細胞内タンパク質結晶材料の創成2022

    • Author(s)
      安部 聡, Thuc Toan Pham, 上野隆史
    • Organizer
      第16回バイオ関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Cell-free protein crystallization for rapid structure analysis2022

    • Author(s)
      Junko Tanaka, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
    • Organizer
      71st Symposium on Macromolecules
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 東京工業大学 上野研究室

    • URL

      https://www.ueno.bio.titech.ac.jp

    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi