Development of novel protein stabilization method with multiple site-selective nonnatural amino acids incorporation

• Project/Area Number: 26870853
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Applied biochemistry; Biomolecular chemistry
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Ohtake Kazumasa 国立研究開発法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, 特別研究員 (80593631)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2015: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 応用生物化学 / 酵素化学 / 非天然型アミノ酸 / タンパク質工学 / 生体分子の化学修飾 / バイオテクノロジー / タンパク質の安定化 / 拡張遺伝暗号

Outline of Final Research Achievements

Ｉ developed novel protein stabilization method based on multiple incorporation of halogen atoms into tyrosine sites. For the production of such stabilized proteins, multiple site-selective incorporation of halogenated tyrosines is needed. The method was realized by our original technology, genetic code reassigned Escherichia coli strain. Stabilization manner was revealed by X-ray crystallographic analysis and quantum-chemical calculations technique. Then, application possibility to other proteins was suggested by the analysis of existing 3D structures.

Research Products

• [Journal Article] Incorporation of a Doubly Functionalized Synthetic Amino Acid into Proteins for Creating Chemical and Light-Induced Conjugates (2016)
  • Author(s): Atsushi Yamaguchi, Takayoshi Matsuda, Kazumasa Ohtake, Tatsuo Yanagisawa, Shigeyuki Yokoyama, Yoshihisa Fujiwara, Takayoshi Watanabe, Takahiro Hohsaka, Kensaku Sakamoto
  • Journal Title: Bioconjugate Chemistry Volume: 27 Issue: 1 Pages: 198-206
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.5b00602
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 新規アミノ酸の導入によるタンパク質の安定化技術 (2016)
  • Author(s): 大竹和正、坂本健作
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 74(1) Pages: 34-36
• [Journal Article] Protein stabilization utilizing a redefined codon (2015)
  • Author(s): Ohtake, K., Yamaguchi, A., Mukai, T., Kashimura, H., Hirano, N., Haruki, M., Kohashi, S., Yamagishi, K., Murayama. K., Tomabechi, Y., Itagaki, T., Akasaka, R., Kawazoe, M., Takemoto, C., Shirouzu, M., Yokoyama, S. & Sakamoto, K.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Issue: 1 Pages: 9762-9762
  • DOI: 10.1038/srep09762
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Highly reproductive Escherichia coli cells with a blank assignment for the UAG codon (2015)
  • Author(s): Mukai, T., Hoshi, H.; Ohtake, K., Takahashi, M., Yamaguchi, A., Hayashi, A., Yokoyama, S. & Sakamoto, K.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Issue: 1 Pages: 9699-9699
  • DOI: 10.1038/srep09699
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reassignment of a rare sense codon to a non-canonical amino acid in Escherichia coli (2015)
  • Author(s): Mukai, T., Yamaguchi, A., Ohtake, K., Takahashi, M., Hayashi, A., Iraha, F., Kira, S., Yanagisawa, T., Yokoyama, S., Hoshi, H., Kobayashi, T., Sakamoto, K.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 43(16) Issue: 16 Pages: 8111-8122
  • DOI: 10.1093/nar/gkv787
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ubiquitin acetylation inhibits polyubiquitin chain elongation. (2015)
  • Author(s): Ohtake F, Saeki Y, Sakamoto K, Ohtake K, Nishikawa H, Tsuchiya H, Ohta T, Tanaka K, Kanno J.
  • Journal Title: EMBO Rep. Volume: 16 Issue: 2 Pages: 192-201
  • DOI: 10.15252/embr.201439152
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 大腸菌コドン再定義株を用いた二種非天然型アミノ酸同時導入法の開発 (2016)
  • Author(s): 大竹 和正、春名 健一、坂本 健作
  • Organizer: 日本農芸化学会2016年度大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター・札幌市・北海道
  • Year and Date: 2016-03-30
• [Presentation] 大腸菌コドン再定義株がもたらす新たなタンパク質工学の展開 (2015)
  • Author(s): 大竹 和正、山口 純、春名 健一、坂本 健作
  • Organizer: BMB2015(第38回日本分子生物学会年会 第88回日本生化学会大会 合同大会)
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド・神戸市・兵庫県
  • Year and Date: 2015-12-02
• [Presentation] In vivo engineering of the genetic code with synthetic amino acids (2015)
  • Author(s): 坂本 健作、大竹 和正、山口 純、向井 崇人
  • Organizer: BMB2015(第38回日本分子生物学会年会 第88回日本生化学会大会 合同大会)
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド・神戸市・兵庫県
  • Year and Date: 2015-12-02
• [Presentation] DNA 情報をタンパク質に変換するルールの人為的な改変と蛋白工学への応用 (2015)
  • Author(s): 坂本 健作、大竹 和正
  • Organizer: 第67回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 城山観光ホテル・鹿児島市・鹿児島県
  • Year and Date: 2015-10-28
• [Presentation] 部位特異的多箇所へのハロゲン化チロシン導入による新規タンパク質安定化法 (2015)
  • Author(s): 大竹 和正, 山口 純, 春木 満, 坂本 健作
  • Organizer: 日本農芸化学会 2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] 大腸菌コドン再定義が拓くタンパク質工学の新たな可能性 (2014)
  • Author(s): 大竹 和正, 山口 純, 坂本 健作
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会 7.0
  • Place of Presentation: 東京大学弥生キャンパス
  • Year and Date: 2014-11-13 – 2014-11-14
• [Presentation] ハロゲン化チロシンの多箇所への部位特異的導入によるタンパク質の安定化 (2014)
  • Author(s): 大竹 和正, 山口 純, 春木 満, 山岸 賢司, 村山 和隆, 白水 美香子, 横山 茂之, 坂本 健作
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25