細胞内の自発的超分子構築を駆動する分子針の開発

• Project Area: Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
• Project/Area Number: 15H00805
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 上野 隆史 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (70332179)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2016: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2015: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: タンパク質工学 / ファージ / 超分子化学 / フェリチン / 超分子 / バクテリオファージ / 薬物輸送 / 組み換え遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

近年、外来タンパク質を細胞内へ輸送するための様々な分子システムが研究されている。高分子への内包、シグナルペプチドの修飾、エレクトロポレーション等による従来の細胞内蛋白質輸送は、その輸送効率の低さと不均一性、細胞毒性、蛋白質変成等の問題から、単一分子で機能する蛋白質の輸送に限られていた。本手法では、分子針が六量体から形成されている特徴を活かし、分子針当たり6個の蛋白質の輸送により、単量体の高い細胞内局所濃度の維持が可能となる。本研究では、バクテリオファージT4の有する大腸菌外膜透過タンパク質を基盤とする人工細胞膜貫通タンパク質針 (Protein Needle, PN)の輸送タンパク質としての利用に着目した。これまでsfGFPとPNを遺伝子工学的に融合させた複合体を用いて、細胞内へのGFP輸送に成功している。本研究では、PNにより細胞内へ導入した外来タンパク質の機能を発現させる新たな系の構築を目的とした。そこで特異的な遺伝子配列を認識し、その組み換え反応を触媒する酵素Cre recombinase　(Cre)を外来タンパク質としてPNに融合した。PNとCreを結ぶリンカー部位に細胞内在性の加水分解酵素であるFurinにより切断されるフラグメントを導入し、効率的なCreのPNからの解離と機能発現を実証した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Observation of gold sub-nanocluster nucleation within a crystalline protein cage (2017)
  • Author(s): B. Maity, S. Abe, and T. Ueno
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 8 Issue: 1 Pages: 14820-14825
  • DOI: 10.1038/ncomms14820
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Crystal Engineering of Self-Assembled Porous Protein Materials in Living Cells (2017)
  • Author(s): S. Abe, H. Tabe, H. Ijiri, K. Yamashita, K. Hirata, K. Atsumi, T. Shimoi, M. Akai, H. Mori, S. Kitagawa and T. Ueno
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 11 Issue: 3 Pages: 2410-2419
  • DOI: 10.1021/acsnano.6b06099
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Design of Bioinorganic Materials At the Interface of Coordination and Biosupramolecular Chemistry (2017)
  • Author(s): B. Maity, and T. Ueno
  • Journal Title: Chem. Rec Volume: 17 Issue: 4 Pages: 383-398
  • DOI: 10.1002/tcr.201600122
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] IN VIVO FUNCTIONS OF ORGANOMETALLOPROTEINS (2017)
  • Author(s): T Ueno
  • Organizer: 5th Symposium on Advanced Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: Kolkata
  • Year and Date: 2017-01-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Design of Protein Asemblies in Development of Biohybrid Materials (2017)
  • Author(s): T Ueno
  • Organizer: Research Innovation Symposium in Life Science and Technology
  • Place of Presentation: Yokohama
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] In Vivo and In Vitro Bioinorganic Functions Designed within Ferritin Cage” (2016)
  • Author(s): T Ueno
  • Organizer: 8th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • Place of Presentation: Auckland
  • Year and Date: 2016-12-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multi-bioinorganic Functions Designed within Protein Cage (2016)
  • Author(s): T Ueno
  • Organizer: Japan-Korea-Taiwan Bioinorganic Chemistry Symposium 2016
  • Place of Presentation: Okazaki
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Biosupramolecular materials designed by protein assemblies (2016)
  • Author(s): T Ueno
  • Organizer: 2016 International Symposium on Polymer and Related Materials
  • Place of Presentation: Harbin
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] フロンティア生物無機化学 (2016)
  • Author(s): 安部 聡、上野隆史
  • Total Pages: 350
  • Publisher: 三共出版
• [Remarks] タンパク質カゴの中で踊る金原子を観る
  • URL: http://educ.titech.ac.jp/bio/news/2017_03/053641.html
• [Remarks] タンパク質用いて細胞内分子フィルターを開発
  • URL: http://educ.titech.ac.jp/bio/news/2017_02/053432.html
• [Remarks] Ueno Laboratory
  • URL: http://www.ueno.bio.titech.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 複合ポリペプチド単量体、細胞浸透機能を有する当該単量体の会合体、及び、当該会合体を有効成分とする免疫賦活剤 (2016)
  • Inventor(s): 上野隆史、吉川健吾、真野恵、片山和彦、三木元博、戸高 玲子
  • Industrial Property Rights Holder: 上野隆史、吉川健吾、真野恵、片山和彦、三木元博、戸高 玲子
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-207417
  • Filing Date: 2016-10-23
• [Patent(Industrial Property Rights)] 改変ポリヘドリンタンパク質及びその使用 (2016)
  • Inventor(s): 上野隆史、安部聡、笠松誠
  • Industrial Property Rights Holder: 上野隆史、安部聡、笠松誠
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-171201
  • Filing Date: 2016-09-01
• [Patent(Industrial Property Rights)] ヘモシアニン会合体を用いた包摂体の製造方法 (2016)
  • Inventor(s): 田中 良和、松野 明日香、北村 朗、上野 隆史、安部 聡
  • Industrial Property Rights Holder: 田中 良和、松野 明日香、北村 朗、上野 隆史、安部 聡
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-110309
  • Filing Date: 2016-06-01