細胞内タンパク質結晶化を利用した外来タンパク質構造解析手法の開発

• Project Area: Novel measurement techniques for visualizing 'live' protein molecules at work
• Project/Area Number: 17H05872
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 安部 聡 東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (40508595)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2018: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2017: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 多角体 / 融合タンパク質 / タンパク質結晶 / 細胞内タンパク質結晶 / 結晶構造解析 / 結晶工学 / 細孔空間 / 細孔結晶

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、細胞内で形成されるタンパク質結晶を用いた外来タンパク質、ペプチドの構造解析手法の開発を目指した。平成30年度は、多角体結晶を用い、多角体のループ構造を外来タンパク質に置換した結晶の合成と構造解析を試みた。
具体的には、ポリへドリンモノマーのL1領域をカルモジュリン由来金属結合性ペプチドで置換した融合タンパク質を作成し、細胞内結晶化を試みた。昆虫細胞Sf21で融合タンパク質を発現すると結晶が観察された。MALDI TOF MS測定では、L1ループがカルモジュリン由来の金属結合ペプチドに置換された分子量をとっており、設計通りにペプチドの挿入に成功した。また、SEM測定では、野生型と異なる形態をしていることがわかった。SPring8のBL32XUで構造回析を行なった結果、融合結晶の回折像が得られ、ペプチドを導入しても結晶性をもっていることがわかった。構造回析の結果、導入したペプチド全長の電子密度は、ディスオーダーのため、観測されなかったものの、3残基のアミノ酸の電子密度が観察され、今後、ペプチド周辺の分子設計を行うことにより、構造観察が可能となる変異体を作成する。また、平成29年度に作成した、アミノ酸欠損変異体にSfGFPを内包した結晶の構造回析実験を行なったところ、回折像がえられ、SfGFPを結晶内部に内包しても結晶性を維持していることがわかった。以上の結果より、タンパク質やペプチドを内包した多角体は、結晶性を維持していることが示され、今後、これらの構造解析が可能になると考えられる。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Coordination design of cadmium ions at the 4-fold axis channel of the apo-ferritin cage (2019)
  • Author(s): Abe Satoshi、Ito Nozomi、Maity Basudev、Lu Chenlin、Lu Diannan、Ueno Takafumi
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: 印刷中 Issue: 26 Pages: 9759-9764
  • DOI: 10.1039/c9dt00609e
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functionalization of protein crystals with metal ions, complexes and nanoparticles (2018)
  • Author(s): Abe Satoshi、Maity Basudev、Ueno Takafumi
  • Journal Title: Current Opinion in Chemical Biology Volume: 43 Pages: 68-76
  • DOI: 10.1016/j.cbpa.2017.11.015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supramolecular protein cages constructed from a crystalline protein matrix (2018)
  • Author(s): Negishi Hashiru、Abe Satoshi、Yamashita Keitaro、Hirata Kunio、Niwase Kento、Boudes Marion、Coulibaly Fasseli、Mori Hajime、Ueno Takafumi
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 54 Issue: 16 Pages: 1988-1991
  • DOI: 10.1039/c7cc08689j
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] In cell protein crystals containing organometallic Pd complexes (2018)
  • Author(s): Satoshi ABE
  • Organizer: The International Symposium on Bioinorganic Chemistry 2018, Okazaki, November 30-December , 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 細胞内タンパク質結晶への外来タンパク質の内包と機構解明 (2018)
  • Author(s): 安部 聡、笠松誠、上野隆史
  • Organizer: 第67回高分子年次大会
• [Presentation] 機能性タンパク質集合体の分子設計と構造観察 (2018)
  • Author(s): 安部 聡
  • Organizer: 第6回大学連携研究設備ネットワーク研究成果報告会
  • Invited
• [Remarks] 東京工業大学 上野研究室
  • URL: http://www.ueno.bio.titech.ac.jp/index.html
• [Remarks] 東京工業大学 上野研究室
  • URL: http://www.ueno.bio.titech.ac.jp/publication.html