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分子進化的手法による高性能な蛍光免疫センサーQuenchbody構築法の確立

Research Project

Project/Area Number 22KJ1271
Project/Area Number (Other) 21J21386 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

井上 暁人 (2021, 2023)  東京工業大学, 生命理工学院, 特別研究員(DC1)

Research Fellow 井上 暁人 (2022)  東京工業大学, 生命理工学院, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsバイオテクノロジー / タンパク質工学 / 抗体工学 / ケミカルバイオロジー / 進化分子工学 / 酵母提示系 / 機械学習 / 免疫測定 / 蛍光 / 分子進化
Outline of Research at the Start

蛍光免疫センサーQuenchbody(Q-body)は従来の免疫測定法と比べて、迅速・簡便・高感度な検出を可能とする蛍光標識組換え抗体であり、これまで低分子からタンパク質にいたる多くの目的物質(抗原)を蛍光検出することに成功している。
本研究では酵母細胞表層提示系によるQ-body選択手法を用いて、分子進化的にQ-bodyを高機能化することにより、汎用的なQ-body構築法の確立を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

まず昨年度の続きで、クエンチ能を示すナノ抗体のアミノ酸配列を次世代シーケンス解析した結果、Trp残基の部位特異的な濃縮が確認された。そこで、さらにタンパク質言語モデルを用いて、アミノ酸配列のみからクエンチの有無を予測する機械学習モデルを作成した結果、CDR1とCDR3の配列を用いた場合に予測精度が高まることが分かった。したがって、作製したモデルを用いて、2種類のSARS-CoV-2を認識するナノ抗体のクエンチ能を向上させる変異を予測し、それに基づいた変異導入を行った結果、クエンチ能の向上させることに成功し、抗原結合能を維持していた変異体については蛍光応答も向上した。
次に抗体のC末端に多量体構造を形成するペプチドを付加することで、Q-bodyのさらなる感度向上を試みた。その結果、二量体を形成するペプチドを付加したときに最もクエンチ能が向上した。さらにこれがH-dimerを形成することに起因していることを突き止め、これまで蛍光応答をほとんど示さなかったガン抗原を認識するナノ抗体に応用した結果、蛍光応答を向上させることに成功した。
さらに昨年度の続きで、細胞内で持続的なランダム変異導入を行える酵母「AHEAD」の実験系の確立を試みた。本年度においては、まず一変異によってクエンチ能が向上するナノ抗体を選別し、それをコントロールとして実験条件を検討した。その後、発見した最適な条件を複数のナノ抗体に適用したところ、まったくクエンチ能を示さなかったヒト血清アルブミン認識ナノ抗体について、クエンチ能の分子進化が達成された。
以上から、予測に基づいた変異導入によって、SARS-CoV-2を認識する新規のQ-body構築に成功し、さらに多量体化やランダム変異導入によって、さらなる蛍光応答の向上が見込めることが確かめられた。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] The Patrol Yeast: A new biosensor armed with antibody-receptor chimera detecting a range of toxic substances associated with food poisoning2023

    • Author(s)
      Jiulong Su, Bo Zhu, Akihito Inoue, Hiroyuki Oyama, Izumi Morita, Jinhua Dong, Takanobu Yasuda, Yoshiko Sugita-Konishi, Tetsuya Kitaguchi, Norihiro Kobayashi, Shiro Miyake, Hiroshi Ueda
    • Journal Title

      Biosensors and Bioelectronics

      Volume: 219 Pages: 114793-114793

    • DOI

      10.1016/j.bios.2022.114793

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Rapid and sensitive SARS-CoV-2 detection using a homogeneous fluorescent immunosensor Quenchbody with crowding agents2022

    • Author(s)
      Zhu Bo、Nosaka Nobuyuki、Kanamaru Shuji、Dong Jinhua、Dai Yancen、Inoue Akihito、Yang Yinghui、Kobayashi Kaori、Kitaguchi Tetsuya、Iwasaki Hiroshi、Koike Ryuji、Wakabayashi Kenji、Ueda Hiroshi
    • Journal Title

      The Analyst

      Volume: 147 Issue: 22 Pages: 4971-4979

    • DOI

      10.1039/d2an01051h

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Rapid construction of fluorescence quenching-based immunosensor Q-bodies using α-helical coiled-coil peptides2021

    • Author(s)
      Yasuda Takanobu、Inoue Akihito、Kitaguchi Tetsuya、Ueda Hiroshi
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 57 Issue: 66 Pages: 8206-8209

    • DOI

      10.1039/d1cc02605d

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation and selection of potent fluorescent immunosensors by combining fluorescent peptide and nanobodies displayed on yeast surface2021

    • Author(s)
      Inoue Akihito、Yasuda Takanobu、Zhu Bo、Kitaguchi Tetsuya、Murakami Akikazu、Ueda Hiroshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 22590-22590

    • DOI

      10.1038/s41598-021-02022-7

    • NAID

      120007172601

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] タンパク質言語モデルを用いた一変異効果予測による蛍光免疫センサーの機能向上2024

    • Author(s)
      井上 暁人、朱 博、安田 貴信、水谷 圭佑、小林 健、北口 哲也
    • Organizer
      化学工学会第89年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Selection and Trp-mutation evolution of a nanobody-based ?uorescent immunosensor "nano Q-body" by yeast surface display2023

    • Author(s)
      A. inoue, T. Yasuda, T. Kitaguchi, A. Murakami, H. Ueda
    • Organizer
      Biosensors 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ウサギ抗体を用いたクエンチ型cAMP蛍光免疫センサーの開発2023

    • Author(s)
      井上暁人,安田貴信,大内将司,北口哲也
    • Organizer
      第2回日本抗体学会学術大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 酵母細胞表層提示系を用いたナノ抗体由来“nano Q-body”の Trp 変異進化2023

    • Author(s)
      井上暁人、安田貴信、朱博、北口哲也、村上明一、上田宏
    • Organizer
      化学工学会第 88 年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] コルチゾール認識ナノ抗体の蛍光免疫センサー化2022

    • Author(s)
      井上暁人、鈴木大凱、Yinghui Yang、安田貴信、朱博、北口哲也、上田宏
    • Organizer
      第 16 回バイオ関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 酵母提示系によるナノ抗体由来の蛍光免疫センサ nano Q-body の分子進化法の開発2022

    • Author(s)
      井上暁人、安田貴信、北口哲也、村上明一、上田宏
    • Organizer
      第 95 回日本生化学大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 酵母細胞表層提示系を用いた抗ヒト血清アルブミン(HSA) ナノ抗体由来“mini Q-body”の選択2021

    • Author(s)
      井上暁人, 安田貴信, 北口哲也, 村上明一, 上田宏
    • Organizer
      第54回化学工学会秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 酵母提示系を用いたナノ抗体由来の蛍光免疫センサ“mini Q-body”選択法の開発2021

    • Author(s)
      井上暁人, 安田貴信, 北口哲也, 村上明一, 上田宏
    • Organizer
      第 73回生物工学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Construction of mini Q-body using the nanobody to detect chemotherapy agent2021

    • Author(s)
      Inoue A., Ohmuro Y., Kitaguchi T., Ueda H.
    • Organizer
      Biosensors2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Construction of mini Q-body using the nanobody to detect chemotherapy agent2021

    • Author(s)
      Inoue A., Ohmuro Y., Kitaguchi T., Ueda H.
    • Organizer
      VIB nanobody conference
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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