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Hierarchical formation mechanism of icosahedral spherical virus particles and its pH-dependent control

Research Project

Project/Area Number 23K17981
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 37:Biomolecular chemistry and related fields
Research InstitutionUniversity of Miyazaki

Principal Investigator

和田 啓  宮崎大学, 医学部, 教授 (80379304)

Project Period (FY) 2023-06-30 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywordsウイルス / カプシド蛋白質 / 立体構造 / 人工ナノ粒子 / ウイルス様粒子 / 構造解析
Outline of Research at the Start

ウイルスは、蛋白質サイズの約百倍以上になる核酸を収納するために最も対称性の高い正 20面体配置の粒子を形成する。本課題の目的は、たった一種類のウイルスカプシド蛋白質だけで粒子を組み上げることができる機序・階層性を解明し、その情報を基に粒子サイズを人工的に制御することである。本研究では、これまでの研究で培ってきた金属蛋白質の物性原理をウイルス粒子研究に初めて導入するため、国際的にみても類をみないウイルス様粒子制御研究となり、画期的な「pH感受性 ナノツール」の創製に繋がる。

Outline of Annual Research Achievements

ウイルスは、蛋白質サイズの100倍以上になる核酸を収納するために最も対称性の高い正 20面体配置の粒子を形成する。本課題の目的は、たった一種類のウイルスカプシド蛋白質だけで粒子を組み上げることができる機序・階層性を解明し、その情報を基に粒子サイズを人工的に制御することである。
本課題では、カプシド蛋白質の形成途上の中間体オリゴマー状態をX線またはクライオ電顕で決定し,相互作用様式を明らかにする。これらの構造を模して、コード遺伝子の融合/削除 により中間体オリゴマーの安定化→粒子形成(in vitro)により粒子サイズ・形状デザインを可能にする。さらに、金属クラスターを分子会合の「糊」として利用することで「pH 感受性粒子」を創作する。
今年度は、ウイルスカプシド蛋白質の大腸菌での大量発現・精製を試みた。変異導入および可溶化融合蛋白質の組み合わせを含めると30種類以上の発現系を構築し、蛋白質精製をおこなった。ジャーファーメンターによる大腸菌大量培養と細胞破砕をおこなった結果、すべての蛋白質は不溶性画分に発現することがわかった。可溶化タグを融合させて可溶性発現にもトライしたが、すべての条件において不溶性画分に発現した。そこで、変性条件下において、種々のカラムクロマトグラフィーを組み合わせることでカプシド蛋白質を精製した。精製カプシド蛋白質の可溶化においては、それぞれの蛋白質の可溶化条件をスクリーニングキットを用いて最適化した。その結果、植物ウイルス由来のカプシド蛋白質において、可溶化性の人工粒子形成に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

種々のウイルスに由来するカプシド蛋白質を順調に得ることができている。すべてが不溶性画分に発現したため、可溶化操作が必要ではあるが、蛋白質自体の発現に問題はない。

Strategy for Future Research Activity

今後、粒子サイズの改変に向けて配列のトリミングを進める。構造形成に関与する配列を変更することによりオリゴマー状態(3量体、5量体)の構造が変化し、ひいては粒子サイズの改変につながることを計画している。また、これらのオリゴマー状態を解析することにより、粒子形成メカニズムを理解する。立体構造解析を含め、分子レベルでの解析によって粒子形成の安定化因子を化学的に捉えることで、粒子形成・分解を自在にコントロールするストラテジーを精査する予定である。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Methodological considerations of the acetaminophen Detection Kit?: Involvement of molecular oxygen (O2) in an indophenol reaction2023

    • Author(s)
      Shinkawa N, Marukawa M, Wada K, Yukawa N
    • Journal Title

      Legal Medicine

      Volume: 64 Pages: 102278-102278

    • DOI

      10.1016/j.legalmed.2023.102278

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diversity in Infection Specificity between the Bloom-forming Microalga <i>Heterosigma akashiwo</i> and Its dsDNA Virus, Heterosigma akashiwo Virus2023

    • Author(s)
      Funaoka Yusaku、Hiromoto Haruna、Morimoto Daichi、Takahashi Michiko、Wada Kei、Nagasaki Keizo
    • Journal Title

      Microbes and Environments

      Volume: 38 Issue: 2 Pages: n/a

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME23036

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 九州地域の野生獣肉における住肉胞子虫の保有状況2023

    • Author(s)
      渡部峻也、入江隆夫、和田啓、中村鉄平、市居修、山崎朗子、吉田彩子
    • Organizer
      第93回 日本寄生虫学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Structural analysis of plant phytochromobilin synthase2023

    • Author(s)
      Masakazu Sugishima, Kei Wada, Masaki Unno, Keiichi Fukuyama, and Ken Yamamoto
    • Organizer
      15th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Peculiarities and complexities surrounding HaV transmission2023

    • Author(s)
      Keizo Nagasaki, Haruna Hiromoto, Yusaku Funaoka, Daichi Morimoto, Michiko Takahashi, and Kei Wada
    • Organizer
      11th Aquatic Virus Workshop
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Historical dynamics and molecular diversity of Heterocapsa circularisquama RNA virus2023

    • Author(s)
      Michiko Takahash, Kei Wada, Syun-ichi Urayama, Yuichi Masuda, Yuto Chiba, Yuji Tomaru, and Keizo Nagasaki
    • Organizer
      11th Aquatic Virus Workshop
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Possible molecular mechanism determining complicated intraspecific infection specificity of Heterosigma akashiwo virus2023

    • Author(s)
      Yusaku Funaoka, Daichi Morimoto, Michiko Takahashi, Kei Wada and Keizo Nagasaki
    • Organizer
      11th Aquatic Virus Workshop
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電子伝達タンパク質フェレドキシンの高精度結晶構造解析と理論計算に基づいた鉄硫黄クラスターの機能解析2023

    • Author(s)
      和田啓、三島正規、永江峰幸、杉島正一、綛田紀子、元山祐美子、北河康隆、海野昌喜
    • Organizer
      令和5年度日本生化学会九州支部例会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 創薬基盤の確立を見据えた鉄硫黄クラスター生合成に関わるコア複合体の構造・機能解析2023

    • Author(s)
      和田啓
    • Organizer
      第7回 黒潮カンファレンス
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] [4Fe-4S]フェレドキシンの高精度結晶構造解析と理論計算に基づいた機能解析2023

    • Author(s)
      和田啓、三島正規、永江峰幸、杉島正一、綛田紀子、元山祐美子、北河康隆、海野昌喜
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] アセトアミノフェン検出キット(関東化学)について2023

    • Author(s)
      新川慶明 , 湯川修弘 , 丸川正貴 , 和田啓, 柿崎英二, 園田愛
    • Organizer
      日本法医学会日本法医学会学術全国集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 鉄ー硫黄クラスター蛋白質の生合成複合体のクライオ電顕単粒子解析2023

    • Author(s)
      辻実怜、横山武司、和田啓、田中良和
    • Organizer
      マルチファセットプロテインズ若手ワークショップ
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 赤潮原因藻ヘテロシグマ・アカシオのウイルス抵抗性に関する研究2023

    • Author(s)
      森本大地、船岳祐作、廣本春奈、高橋迪子、和田啓、長崎慶三
    • Organizer
      第37回中国四国ウイルス研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 赤潮原因藻感染性ウイルスHaVがもつ巨大タンパク質VP492と 感染特異性の関係性に関する研究2023

    • Author(s)
      船岳祐作、森本大地、廣本春奈、高橋迪子、和田啓、長崎慶三
    • Organizer
      第37回中国四国ウイルス研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] 宮崎大学医学部蛋白質機能学分野

    • URL

      http://www.med.miyazaki-u.ac.jp/structural_biology/index.htm

    • Related Report
      2023 Research-status Report

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Published: 2023-07-04   Modified: 2024-12-25  

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