| Project/Area Number |
23K04510
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
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| Research Institution | University of Shizuoka |
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Principal Investigator |
伊藤 創平 静岡県立大学, 食品栄養環境科学研究院, 准教授 (70372836)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤浪 大輔 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 助教 (50805364)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 進化分子工学 / タンパク質工学 / AI配列デザイン / アルカリフォスファターゼ / GABA合成酵素 / 配列解析 / 機械学習 / AI |
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| Outline of Research at the Start |
酵素は多機能性を有し、幅広い分野での応用が可能です。しかし、複雑で多層的な構造が合理的理解と改変を困難にしてきました。最近の技術進歩、例えばNGSやAlphaFold2の登場により、酵素の構造と機能の理解および改変がより現実的になっています。私たちの研究では、特に、配列と酵素の副次的な機能との関係を解析、変異と機能間の新たな相関を明らかにしてきました。酵素機能の向上が必ずしもトレードオフ関係にないこともわかり、複数の機能が同時に改善されるケースも存在します。本研究では、配列データと立体構造から機能との相関が高いと推定される変異領域を特定し、効率的かつ低コストな酵素機能改変技術の構築を行います。
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| Outline of Annual Research Achievements |
酵素が持つ多様な機能は、構造生物学な理解と進化分子工学的手法により改変することで、幅広い産業分野で活用されてきた。しかし酵素は、保存性の低い一次構造と多様な高次構造を持ち、複雑かつ動的な相互作用が機能と相関する、難解析性生体触媒である。特に、物質生産に耐えうる高機能な酵素が開発、産業利用されている例は極めて少い。しかし、次世代シーケンサーに引き続くAlphaFoldがもたらした2つのパラダイムシフト は、圧倒的な量と質の配列データと構造データを生み出している。我々は、配列データもしくは立体構造データをもとに、多様な酵素の多面的な機能の制御を目指している。本年度は、大腸菌体内で可溶性発現しない、好冷菌由来アルカリフォスファターゼを、配列情報とRosettaを組み合わせた２つの手法、PROSSおよびGAOptimizerで改良することを試行した。結果、配列情報を用い、アルカリフォスファターゼの可溶性発現・安定性・活性などのパラメータが改善した。いずれの手法も機能改善に必要な変異の組み合わせを最適化する事が可能である事が判明した。また、当研究室および共同研究において、SSN解析と立体構造予測により新規な脂質転移酵素を発見、インシリコスクリーニングと祖先型設計により高機能なペプチド転移酵素を創出し誌面発表を行った。GABA合成酵素に加え、これら酵素も配列設計により更なる高機能化が可能であるか検討したい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
点変異予測の精度向上を目的として、GABA合成酵素の点変異体の予測、及び検証実験を行った。しかし、天然型への点変異実験において、天然型GABA合成酵素の不安定性や活性の低さから、変異の有効性を効率よくスクリーニングすることが困難であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
静岡県立大学で開発されたGAOptimizerは、複数の配列ライブラリーおよび、変異の評価に複数のパラメータを用い、酵素・タンパク質のインシリコ分子進化により機能を高める手法である。本手法をGABA合成酵素にも適用し、研究を推進する。
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